автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Оптимизация параметров и режимов работы рабочих органов для накопления и транспортирования листьев табака машинной уборки

005019468

ВИНЕВСКАЯ Наталия Николаевна

На правах рукописи

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ДЛЯ НАКОПЛЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ЛИСТЬЕВ ТАБАКА МАШИННОЙ УБОРКИ

Специальность: 05.20. 01 - Технологии и средства механизации сельского

хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 6 ДПР ¿012

Краснодар — 2012

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт табака, махорки и табачных изделий Россельхозакадемии (ГНУ ВНИИТТИ Россельхозакадемии)

доктор технических наук, профессор Трубилин Евгений Иванович

Чеботарев Михаил Иванович доктор технических наук, профессор Кубанский ГАУ

заведующий кафедрой ремонта машин

Кузнецов Геннадий Яковлевич кандидат технических наук, старший научный сотрудник Северо-Кавказский зональный НИИ садоводства и виноградарства

старший научный сотрудник отдела развития виноградарства

Ведущая организация: Государственное научное учреждение

«Северо-Кавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства» Российской академии сельскохозяйственных наук (г. Зерноград)

Защита состоится «24» мая 2012 года в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.038.08 при ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, Кубанский ГАУ, корпус факультета энергетики и электрификации, ауд. № 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет».

Автореферат размещён на сайте ВАК РФ http://vak2.ed.gov.ru «17» апреля 2012 года.

Автореферат размещён на сайте Кубанского ГАУ http://kubsau.ru

«17» апреля 2012 года.

Автореферат разослан «_» апреля 2012 г.

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук /7 //(/' В.С. Курасов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Табачная отрасль является важной составляющей агропромышленного комплекса России, так как курильщиками является почти треть ее населения. Зарубежные табачные компании, пришедшие в табачную отрасль России со своими сырьевыми рынками, не заинтересованы в развитии отечественного табаководства. Постановлением Правительства РФ №581 в 2001 г. принята Федеральная целевая программа социально-экономического развития «Юг России» с инвестиционными проектами возрождения и развития табаководства в Астраханской области, Республике Дагестан, Чеченской республике, Краснодарском крае, согласно которой стратегический производственный потенциал табачного сырья определяется в 20 - 25 тыс. га.

ГНУ ВНИИТТИ проводит фундаментальные исследования по разработке технических средств для табаководства на основе современных принципов механизации. Н иболее трудоемким процессом при производстве табачного сырья является уборка листьев. Машинная уборка отечественных сортов табака снижает трудоемкость процесса и повышает производительность в 10-14 раз, но существующая технология накопления и транспортирования листьев имеет существенные недостатки. В массе свежеубранных неориентированно уложенных в бункере комбайна листьев содержатся соцветия, пасынки, обрывки, листья от 20 до 50% с механическими повреждениями пластинки листа. Последующая подготовка к сушке таких листьев повышает затраты труда на 15-25%, сушка несортированной массы приводит к перерасходу энергоресурсов и снижает качество сырья. В связи с этим требуется усовершенствовать технологический процесс машинной уборки, разработать и оптимизировать параметры рабочих органов для накопления и транспортирования листьев табака, применение которых позволит снизить трудовые и энергетические затраты на послеуборочную обработку табака. Работа выполнена в период 2002 — 2010 годы в ГНУ ВНИИТТИ и является результатом выполнения заданий НТП РАСХН на 20012005 гг. (ГР № 01.20.0 404888) и на 2006-2010 гг. (ГР № 01.20.0 404896,

ГР № 01.20.0 404890, ГР № 01.20.0 404894), государственных контрактов с Департаментом сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности Краснодарского края № 4.1.8/67 - 2006 г., № 4.1.8/32 - 2007 г.

Цель исследования - снижение энергетических и трудовых затрат на послеуборочную обработку листьев табака машинной уборки за счет применения нового способа транспортирования листьев в контейнере рулонного типа.

Объект исследования — технологический процесс уборки и транспортирования листьев табака, свежеубранные листья табака, способ накопления листьев, устройства для накопления и транспортирования листьев.

Предмет исследования - взаимодействие листьев с материалом контейнера рулонного типа при их накоплении, взаимосвязь технологических параметров рабочих органов для накопления и транспортирования листьев с их конструктивными параметрами и режимами работы, закономерности эффективного функционирования устройств.

Методы исследования базировались на положениях теоретической механики. Результаты экспериментальных исследований обрабатывались методами математической статистики и планирования многофакторного эксперимента.

Научная новизна работы:

1. Научно-обоснованный технологический процесс накопления листьев табака в контейнере рулонного типа.

2. Механико-математическая модель процесса накопления листьев табака между поверхностями гибкого материала.

3. Закономерности влияния материала накопителя с различными коэффициентами пористости и продолжительности времени после отделения табачного листа от стебля на величину статического коэффициента трения листьев.

4. Зависимости удельной нагрузки на единицу площади накопителя и коэффициента относительной убыли влаги, от конструктивных и режимных параметров устройств.

Новизна технических решений и полезность разработок подтверждена шестью патентами РФ на изобретения и полезные модели.

Практическую значимость работы составляют:

1. Новый способ и рабочие органы для накопления и транспортирования свежеубранных листьев табака крупной фракции в контейнере рулонного типа, позволяющие объединить процесс уборки и послеуборочной обработки в единый технологический поток, снизить трудовые и энергетические затраты на послеуборочную обработку листьев.

2. Методика инженерного расчета рабочего органа для накопления и транспортирования свежеубранных листьев табака в контейнере рулонного типа, позволяющая определить основные параметры и режимы работы устройств.

Основные положения, выносимые на защиту:

- усовершенствованная функциональная схема табакоуборочного комбайна, включающая в себя устройство для накопления и транспортирования листьев табака в контейнере рулонного типа;

- оптимальные конструктивные и режимные параметры рабочего органа для накопления листьев табака и контейнера рулонного типа;

- методика инженерного расчета рабочих органов для накопления и транспортирования листьев табака в контейнере рулонного типа;

- экономическая эффективность применения рабочих органов для накопления и транспортирования листьев табака.

Реализация результатов исследований. Экспериментальный образец устройства для накопления табачных листьев в контейнере рулонного типа прошел ведомственные испытания, объем внедрения на опытно-селекционном участке ГНУ ВНИИТТИ составил 20,6 га; методика инженерного расчета рабочих органов для накопления и транспортирования листьев табака в контейнере рулонного типа внедрена в учебный процесс Кубанского ГАУ.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на Всероссийских научно-практических конференциях (г. Углич, 2005 г., 2006 г., г. Волгоград, 2004 г.); Международной (г. Краснодар, 2005 г.) и Региональной (г. Краснодар, 2011 г.) научно-практических конференциях.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе три работы в журналах, рекомендованных ВАК. Получено шесть патентов РФ на изобретения и полезные модели.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников, включающего 154 наименования, в т. ч. 13 на иностранных языках и приложения. Диссертация изложена на 197 страницах, включая 52 страницы приложения, содержит 54 рисунка и 25 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель работы, и изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен обзор современного состояния механизации процессов уборки листьев табака и их транспортирования на сушку, анализ научно-исследовательских работ по теме исследований. Зарубежный опыт механизированной уборки и послеуборочной обработки табака показал, что известная уборочная техника и технология уборки не пригодны для отечественных сортов табака. Отечественным разработкам рабочих органов для отделения листьев, транспортирования и ориентированной укладке их в накопители посвящены работы И.П. Леонова, В.А. Ластовского, Б.П. Новикова, В.З. Аверкова. Работы В.П. Рудомахи посвящены подготовке посадок табака к механизированной уборке, разработке приемов механизированной уборки, сушке листьев.

Анализ предшествующих исследований показал, что при существующей технологии машинной уборки увеличиваются трудовые и энергетические затраты на послеуборочную обработку табака. Установлено, что совершенство-

вать технологию уборки и послеуборочной обработки необходимо путем введения новых приемов и способов, позволяющих совместить уборку с сортировкой, а транспортировку - с технологией подготовки листьев к сушке.

На основании изложенного сформулирована рабочая гипотеза: снижение энергетических и трудовых затрат при послеуборочной обработке листьев табака машинной уборки можно достичь за счет сортировки листьев в процессе уборки и способа транспортирования листьев в контейнере рулонного типа, позволяющем снизить их влагосодержание и механизировать процесс разгрузки.

Для выполнения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Теоретически обосновать усовершенствованную функциональную схему табакоуборочного комбайна и получить аналитические выражения основных конструктивных, технологических и режимных параметров рабочего органа для накопления листьев табака и контейнера рулонного типа.

2. Установить влияние свойств применяемых материалов контейнера рулонного типа на характер связи с накапливаемыми листьями.

3. Обосновать способ накопления листьев в контейнере рулонного типа, оптимальные условия их кратковременного хранения при транспортировании и подготовке к сушке, схему послеуборочной обработки листьев.

4. Оптимизировать конструктивные, технологические и режимные параметры рабочих органов для накопления и транспортирования табачных листьев.

5. Разработать методику инженерного расчета основных параметров рабочих органов для накопления и транспортирования табачных листьев.

6. Испытать экспериментальный образец рабочего органа для накопления табачных листьев и определить эффективность его применения.

Во второй главе представлено теоретическое обоснование усовершенствованной функциональной схемы табакоуборочного комбайна, включающей в себя устройство для накопления листьев табака в виде гибкой воздухопроницаемой ленты, натянутой между подающим и накопительным барабаном, образующей при сматывании контейнер рулонного типа (рисунок 1).

4 - устройство, разделяющее листья на фракции; 5 - технологический контейнер; 6 - выносной конвейер; 7 - накопитель табачных листьев; 8 - лента накопителя; 9 - барабан подающий; 10 - барабан накопительный.

Рисунок 1 - Усовершенствованная функциональная схема табакоуборочного

комбайна

Технологический процесс уборки содержит ряд операций: отделение листьев от стебля листоотделительным аппаратом; сепарацию массы листьев для отделения мелочи, обрывков; накопление и транспортирование листьев в контейнере рулонного типа, каждая из которых описана системой уравнений с входными и выходными параметрами - подачи листьев (количества), качества и потерь, являющимися функцией времени.

Технологический процесс накопления и транспортирования листьев в контейнере рулонного типа представлен системой уравнений

ГйС) + £.«(0 = £5(0 + *«(') + Пет (О П)

[ Кст(1) = Кси,0{1)

где £,,(()- количество массы материала в момент накопления листьев, кг; gf(t) -количество массы частично вытомленных листьев при разгрузке, кг; £.¡,(0-количество массы материала рулонного накопителя при разгрузке, кг; Пст(0 -потери транспортирования, кг; КсКО ~ качество транспортирования.

ХЧ - ходовая часть; Пл - поле; JIA - листоотделительный аппарат; СС - система сепарации; СТцл - система накопления и транспортирования целых листьев. СТчл - система накопления и транспортирования частей листьев.

Неуправляемые входные воздействия: Zn (t) - профиль поверхности поля; R(t) -сопротивления передвижению. Управляющие входные воздействия: S(t) - угол поворота управляемых колес; i - передаточное отношение коробки перемены передач ходовой части. cp(t) - колебания остова лнстоотделительного аппарата; Vm - скорость движения табакоуборочного комбайна; Qcbt- урожайность табака;

g 1 (0; g 2 (t); g3(t); g 4 (t); gs (t) - количество (подача) массы табака к листоотделительному аппарату, системам сепарации, накопления и транспортирования целых листьев, частей листьев, к разгрузке; КлаО); Kcc(t); КСнил (t); Кснчл (t); - качество массы табака, поступающего к системам сепарации; накопления и к разгрузке; Пла(0; Псс(0; ПснцлСО; rTcHn(t); - потери табака после листоотделителя, систем сепарации и накопления.

Рисунок 2 - Блок-схема усовершенствованного технологического процесса работы табакоуборочного комбайна

Контейнер рулонного типа является одновременно транспортной и технологической емкостью. В качестве образующей контейнера применяется мягкий (гибкий) воздухопроницаемый материал - ткань (рядно) или сетка. При перевозке и кратковременном хранении при подготовке к сушке, листья в рулоне частично проходят томление (первая фаза сушки), при котором идут химические реакции за счет тепла самосогревания. Листья выжелчиваются и теряют влагу, которая впитывается тканью и испаряется. Частичную подсушку свежеубранных листьев можно выразить уравнением материального баланса:

тр + тсв„ = тР + твы„ , (2)

где тр - масса материала в момент загрузки свежеубранных листьев, кг; тсаз-масса загружаемых свежеубранных листьев табака, кг.

Шсвл = тв„ + твыт,

где ты - масса испаренной влаги из листьев при транспортировании, кг; твыт - масса частично вытомленных листьев при транспортировании, кг; тр' -масса материала накопителя в момент разгрузки листьев, кг.

тр' = тр + ты

Из уравнения материального баланса определили - относительную убыль влаги (% или кг/кг), параметр, принятый нами за критерий оптимизации:

ти = . юо% С31

тс к '

Снижение влагосодержания листьев при перевозке и кратковременном хранении в рулоне позволит сократить энергетические затраты на сушку.

Моделирование процесса накопления листьев между поверхностями гибкого материала при сматывании его в рулон показало, что накопление и фиксация листьев между поверхностями материала осуществляется при условии возникновения сил трения между ними в результате натяжения его ветвей (рисунок 3). Сила трения, распределенная в пределах дуги обхвата, зависит от величины натяжения концов материала Т, и Т2, дуги обхватай и коэффициентов трения между поверхностями материала /мат и между материалом и листом/та6.

Разность сил натяжений Т / и Т 2 зависит от величины сил трения, действующих со стороны материала на табачный лист, находящийся между поверхностями материала в пределах дуги обхвата а. Для установления связи между силами Г/ и Т2 выделим малую дугу материала, приложив к ее концам силы натяжения Т ;и Т ¡= Т 2 + АТ, каждая из которых направлена по касательной к барабану в соответствующей точке. На участке АВ сила натяжения не постоянна и изменяется от значения Т, у точки А до значения Т2 в точке В. Прижатие гибкого материала будет больше у точки А. Со стороны барабана на выделенный элемент материи действует нормальное распределенное давление, имеющее равнодействующей ¿Я», и распределенная сила трения <5 .Р, направленная против скорости скольжения и по закону трения скольжения <5F .

Составим уравнение равномерного скольжения гибкого материала по дуге обхвата для элемента гибкой связи длиной ¿1, соответствующего элементарному углу обхвата ¿а в направлении оси У (рисунок 4).

Т,=Т^лТ

Рисунок 3 - Схема взаимодействия Рисунок 4 - Схема элемента гибкого гибкого материала с табачным листом воздухопроницаемого материала

В сечениях аа и ЬЬ действуют натяжения Т и Т +с1Т, элементарная сила трения ёР и нормальная реакция <5Л„ При составлении условий равновесия необходимо учитывать центробежную силу <5 Р], так как гибкий материал

движется по искривленной поверхности.

S Р j =

Р V м„

di

(4)

2 г

где 8 Р] - элементарная центробежная сила, Н; Рмаа - погонный вес гибкой

связи, Н/м; ^ - ускорение свободного парения, м/с2; V мат - скорость перемещения гибкого материала, м/с; а*-радиус поверхности, м. Так как с11 = гйа, тогда

Р мат V .иа,,,1 ,

S Р ¡ =-da

g

Из условия равновесия суммы сил на ось ]Г У = 0 получим

-(Г + 7T)sin — -Г sin —+S ~Р , +SRn= О 2 2

(5)

(6)

Заменив sin— на —н пренебрегая малой величиной dTda, получим 2 2 2

S ~R~„ = Т da - 8~P~j (7)

Дифференциальная зависимость указывает, что прижатие 6 Яп материала к искривленной поверхности обусловлена натяжением Т и кривизной поверхности (угол - йа), причем центробежная сила Р) уменьшает это прижатие. Подставив (5) в (7) и преобразовав, получим

2

8 Тп = (Г - Рм°" У""" ) (¡а ®

Я

Из уравнения (8) следует, что прижатие отсутствует в двух случаях:

если с/а = 0; и если у, Рм°~Умат =0

8

Тр Р мая У мат

* (9)

где Т- натяжение от центробежных сил, Н.

Из уравнения (9) определим скорость перемещения материала

^ (10)

р ' мат

где Уур- критическая скорость перемещения материала, м/с.

Для обоснования параметров процесса взаимодействия поверхностей гибкого материала с табачным листом воспользуемся формулой Эйлера.

^ РматУмат ^ у ^у* Р мат V мат ^_^а (11)

£ 8 Известно, что сила трения равна разности натяжений ветвей

Т^^Тх-Тг (12)

Подставляя (11) в (12), получим

= (Г, ^==£=1) (,/._!) (13)

г

Определим нормальное распределенное давление, оказываемое на табачный лист со стороны гибкого воздухопроницаемого материала

р = Ъ=. (14)

глист л 4 '

лист

где Рмат - сила, оказывающая давление на лист со стороны материала, Н; Бпист - площадь табачного листа, м2.

т.,

/

Ранет

(15) (16)

В случае, если скольжение табачного листа относительно поверхностей гибкого материала во всех точках дуги обхвата отсутствует {Умат = 0), имеем

Р.^_Тг{е<а-1)

г» — мат глист л

лист

(17)

С Г

цист У

Рассмотрим силы, действующие на лист в некоторой точке О) в зависимости от угла поворота барабана, например при нахождении ее в нижнем правом секторе (рисунок 5). Ось X! направим по нормали к элементу в точке 0|, ось у[ -по касательной к движению гибкого материала. На табачный лист, движущийся вместе с материалом, действуют: сила тяжести й, силы натяжения материала Т/ и Т2, причем Т¡>Т2, нормальная реакция поверхности листа И, РмаП - сила давления на табачный лист со стороны материала и центробежная сила Р).

Рисунок 5 - Схема сил, действующих на лист табака при взаимодействии его с гибким воздухопроницаемым материалом

Лист табака будет находиться в состоянии относительного покоя, если сумма проекций всех сил на оси х/ и у: будет равна нулю

7\ Бт^—Тг ——- + О Созс)1-Р = О, 2 2

ТхСоз—-ТгСоз—+-77 +РУ -Р^п -СТБт 01 = 0 2 2

(18)

Решая систему уравнений (18) определим величину давления, оказываемого со стороны гибкого материала на табачный лист в зависимости от угла поворота а рулонного накопителя:

С( С086И_ + ^ 8.пт )_у Гг(е/« _ у у^

Рдоел

Л---(19)

С

лист

В результате теоретических исследований процесса накопления листьев между поверхностями гибкого материала получены уравнения критической скорости Укр материала и нормального распределенного давления на листр^авл.

Получены аналитические выражения основных технологических, режимных и конструктивных параметров рабочего органа для накопления листьев табака и контейнера рулонного типа:

- производительность табакоуборочного комбайна, кг/с

_ Vугу

КТ\' ^лист ^лист > (20)

пос

где пяисм - количество листьев, убираемых с одного растения; т,ист - масса табачного листа, кг; скорость табакоуборочного комбайна, м/с; 1,юс - шаг посадки растений табака, м.

- время заполнения контейнера - накопителя табакоуборочной машины, с

л _ ^накопит Рпнет ^пос ^лист /01 Ч

накопит 1/ и '

'ЮУ "юи ,Птст

где откотт - объем накопителя, м3; рмт - плотность массы отделенных листьев, кг/м3; - высота захвата рабочего органа для отделения листьев от стебля, м.; Ишст - расстояние между листьями на стебле, м.

- количество слоев листьев на полотне рулонного контейнера-накопителя

и _ 30 <3x7У ^лист

"слоев п р УА*-)

рулон рулон " ^ ^л ист

где Бтст - площадь поверхности одного табачного листа, м2; Врулт - ширина

рулонного накопителя, м.; Яру,он - радиус рулонного накопителя, м; п - частота

вращения приводного вала устройства для накопления листьев табака в рулонном накопителе, мин'1.

- ширина материала рулонного контейнера-накопителя

Материи ^кап 2(5— ^тщит11) (23)

где вШж - ширина междурядья, м.; '«,„„„„„- величина защитной зоны, м.

- длина материала рулонного контейнера-накопителя

Ьштер = ППспое» I2 (К, + + + (g ^ + ^ ) („^ _ J ^

где Д,,,- внутренний радиус рулонного накопителя, м; пс:юев - количество слоев в рулонном накопителе (порядковый номер слоя); дмат - толщина гибкого воздухопроницаемого материала, м; s„ucm - толщина листа, м.

В третьей главе представлены программа и методика экспериментальных исследований. Экспериментальная часть работы выполнена в лаборатории машинных агропромышленных технологий ГНУ ВНИИТТИ, на специально сконструированных приборах и установках, экспериментальных образцах универсального табакоуборочного комбайна КТУ-720 и линии для подготовки табака к сушке ЛПТС-360. Результаты экспериментальных исследований обрабатывались методами общей теории статистики. Обработка результатов многофакторных экспериментов проводилась - в программе MS Excel.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований по обоснованию усовершенствованной функциональной схемы табакоуборочного комбайна (рисунок 1), способа накопления листьев в контейнере рулонного типа, применяемым материалам контейнера и оптимальным условиям кратковременного хранения листьев в контейнере при транспортировании. Определены статические коэффициенты трения свежеубранных листьев табака о различные конструкционные материалы (рисунок 6).

Рисунок 6 - Значения коэф-— фициентов трения для различных материалов с пределами варьирования

Получены эмпирические уравнения влияния коэффициента пористости материала рулонного контейнера кпор на коэффициент трения сторон пластинки табачного листа.

/нижн = о, 78кпор 2-0,07 кпор + 1,02 (25)

ирх„= -о, 04 кпор 2 + 0,59 к„ор + 1,05 (26)

Исследовано влияние продолжительности времени хранения листьев в рулоне на изменение коэффициента трения / Установлено, что с повышением коэффициента пористости материала - коэффициент трения увеличивается кпор =0,21 - /Ср=1,006; к„ор=0,49 - /ср=1,172; кпор=0,83 - /ср=1,495, а с течением времени хранения листьев в рулоне - коэффициент трения снижается.

Изучен состав свежеубранных листьев табака машинной уборки. Установлены 3 группы листьев по степени механических повреждений, их количественный состав и способы сушки (таблица 1).

Таблица 1 - Группы листьев при подготовке к сушке всеми способами сушки

Группа механических повреждений Характеристика повреждений Способ сушки

I целые листья, листья табака с надорванной листовой пластинкой не более 30% сушка любым существующим способом (на шнурах, в кассетах, в контейнерах) 58,6-74,3%

II листья с повреждениями листовой пластинки не более 50% и размерами больше 225 см2. Искусственная сушка только на кассетах или в контейнерах 7,2-14,4%

III III группа повреждений- части листьев, обрывки, размерами меньше 225 см2 Искусственная сушка только в специальных контейнерах с мелкой ячейкой. 11,8-32,9%

Обоснован более эффективный способ сушки листьев машинной уборки- в искусственных условиях на кассетах или в контейнерах. Обоснована сортировка листьев при подготовке к сушке с разделением их на две фракции: 1-я фракция (крупный лист) - листья с повреждениями I и II группы, так как иинтенсивность сушки листьев I и II групп отличается не более чем на 10% и их можно объединить и 2-я фракция (мелкий лист) - листья с повреждениями III группы. Ограничение групп позволяет ввести прием механизированной сортировки массы листьев на уборочном комбайне путем сепарации. Выделять мелкие части листьев 2-й фракции в специальные съемные транспортно-технологические контейнеры, а листья 1-й фракции накапливать в контейнере

рулонного типа. Сепарация обеспечит однородность сырья 1-й фракции и повысит эффективность его послеуборочной обработки.

Проведены поисковые исследования по временному хранению листьев в контейнере рулонного типа при перевозке и подготовке к сушке. Определен срок хранения листьев в мягкой таре без вентиляции - не более 2,5-3 суток, свыше которых начинается запарка (уровень тепловой денатурации t=35-40°C), (рисунок 7). Установлено, что плотность рулона должна быть - не более 250 кг/м3 и исходная влажность листьев - не более 88%, при соблюдении указанных условий обеспечиваются качественные показатели табачного сырья

- товарное качество в соответствии с ГОСТ 8073-77: 1 сорт - 72,4%, 2 сорт - 15,8%, 3 сорт - 11,8%;

- химический состав: никотин - 0,9 мг/сиг.; углеводы - 13,1%; белки - 5,0%, число Шмука - 2,62; смола - 22,0 мг/сиг. Высокое углеводно-белковое соотношение (число Шмука) доказывает положительное влияние применения кратковременного хранения листьев в рулонном контейнере - накопителе, где идет процесс томления при небольшом кислородном голодании листьев.

температура,

ППРМЯ чяг

—^11=250мм Л=150мм —— Я=50мм

Рисунок 7 - Динамика распределения температур в контейнере рулонного типа в зависимости от его радиуса

Разработана принципиальная схема рабочего органа для накопления табачных листьев в рулонном контейнере-накопителе (рисунок 8).

1 - питающий транспортер; 2 - лента накопителя; 3- подающий барабан; 4-накопительный барабан; 5- площадка; 6 - датчик; 7- рычажный механизм; 8 - противовес; 9 - редуктор; 10 - цепная передача; 11- рама

Рисунок 8 - Схема рабочего ор-

гана для накопления листьев табака

Принцип работы состоит в следующем. При отсутствии листьев на ленте накопителя 2 над площадкой 5 рычажный механизм 7 с противовесом 8 находится в равновесии и лента не движется. С питающего транспортера 1 листья табака поступают на ленту 2, под их весом она прогибается и давит на площадку 5, рычажный механизм 7 выводится из равновесия и замыкает датчик 6, передающий сигнал на электродвигатель 9. Через цепную передачу 10 привод вращает приемный барабан 4, на который наматывается лента накопителя 2 с листьями. Как только участок ленты с листьями съезжает с площадки 5, рычажный механизм 7 возвращается в исходное положение, датчик 6 размыкается, приемный барабан 4 не вращается. Листья на ленте укладывают тонким слоем, для предотвращения слипания, фиксируются с наружной и внутренней стороны наматываемым материалом. Фиксацию листьев в рулоне обеспечивает шероховатая поверхность материала, препятствующая скольжению листьев по поверхности и их смещению от заданного положения. Намотка рулона с листьями идет в дискретном режиме при определенной удельной нагрузке.

Оптимизированы параметры рабочего органа для накопления листьев табака методом математического планирования многофакторного эксперимента.

Удельная нагрузка листьев табака на единицу площади поверхности накопителя принята в качестве критерия оптимизации рабочего органа.

Установлено влияние усилия срабатывания датчика контроля веса Р,Н (X,), расстояния от ограничителя до края платформы ¿,мм (Х2) и частоты вращения приемного барабана п мин"1 (Х3) на удельную нагрузку ц ( кг/м2) (У).

Уравнение поверхности отклика У в кодированных значениях факторов в

зависимости от X/, Х2, Х3, имеет следующий вид:

У= 7, 6973+ 2.0464Х,-0,8334Х2 - 1,3277Х3+0,7112Х,2-2,7931Х22

- 1,209 Х32 - 0,516 Х/Х2 -0,2424 X, Х3 - 0,5712 Х2Х3 (27)

Для определения оптимальных значений факторов Хи Х2, Х3 применен графический метод и получены контурные кривые равного выхода (рисунок 9).

................................. .......... ........ ■ ............................................ ■ }

усилие срабатывания датчика веса Р =20Н (X1 -- о)

уаслъамя нагрузка, кг/м1

9

7 "

О 5 10 15 20

частота оратсння прнволного барабана, мнн-1(ХЗ) —» -Х2— 80мм —Х2—100мм —Х2=165мм

— — Х2= 230мм '' Х2= 2Э0мм

Рисунок 9 - Контурные кривые равного выхода Анализ результатов многофакторного эксперимента показал, что возможные удельные нагрузки д ( кг/м2) листьев табака на единицу площади поверхности накопителя в зависимости от исследуемых факторов находятся в пределах от нуля до 11 кг/м2. Рекомендованы: усилие срабатывания датчика контроля веса - 10...ЗОН; расстояние от ограничителя до края платформы -80... 165 мм; частота вращения приемного барабана - 11... 16 мин"1.

Оптимизацию параметров рабочего органа для транспортирования листьев - контейнера рулонного типа, проводили на основе анализа уравнения регрессии второго порядка, полученного при реализации трехфакторного эксперимента. В качестве критерия оптимизации принят коэффициент относительной убыли влаги куб-(У), представляющий отношение относительной убыли влаги исследуемых листьев к убыли влаги контроля.

Установлено влияние количества листьев в пачке пслоев (X,), усилия натяжения материала РматеР и коэффициента пористости материала к„ор (Х3) на коэффициент относительной убыли влаги куб-(У).

Уравнение поверхности отклика У в кодированных значениях факторов в зависимости отХ/^ Х2, Х3, имеет следующий вид:

Г = 1,3379-0,477X, +0,1884Х2 +0,2372Х3+0,339Х,2-0,051Х22 - (28) 0,225 X2 -0,166 X, Х3 + 0,0963 Х2Х3 Для определения оптимальных значений факторов X,, Х2 Х3 применен графический метод и получены контурные кривые (рисунок 10).

--«— — „ — — . ,

Г— " ' ........ ........ - - -

—э

Количество листьев в пачке - 5 шт.

-Х2-1б,4Н — ■ Х2- 20Н

кюффнппент пористости Х1=бОН — Х2-72.9Н

Рисунок 10 - Контурные кривые равного выхода Определены наиболее эффективные режимы работы накопителя рулонного типа и соответствующие ему показатели качества работы: количество листьев в пачке - 1...5 шт.; усилие натяжения материала -60... 72,9 Н; коэффициент пористости -0,5 ... 0,8.

Для подтверждения достоверности результатов экспериментальных исследований проведены ведомственные испытания установки для накопления листьев табака в контейнере из рядна (кяор= 0,21) и крупной сетки (кпор= 0,83), по рекомендуемым режимам (рисунок 11).

Испытаниями установлено среднее снижение влагосодержания листьев в рулоне с Ф=350мм, на 8,3% - 12,8% при ку6.=2. Это соответствует результатам экспериментальных исследований, когда при нагрузке на слой листьев из 5 шт. снижение влагосодержания составило 17,5% - 28% при ^.=0,8... 1,4 (рисунок 10). Проведенные испытания подтвердили высокую достоверность результатов экспериментальных исследований.

Рисунок 11 - Испытание устройства для накопления листьев в рулоне

Предложена новая технологическая схема послеуборочной обработки табака, транспортируемого в контейнерах рулонного типа.

Разработана методика инженерного расчета параметров рабочих органов для накопления и транспортирования листьев в накопителе рулонного типа.

В пятой главе представлен расчет экономической эффективности по новой технологической схеме, которая в сравнении с существующей сократит затраты энергии на сушку на 10-15%, затраты труда на 61,3% и позволит получить годовой экономический эффект 11458,37 руб./га.

Общие выводы

1. Обоснована усовершенствованная функциональная схема табакоубороч-ного комбайна, включающая в себя устройство для накопления и транспортирования листьев табака в контейнере рулонного типа (патенты РФ - № 2264073 «Способ накопления и транспортирования листьев табака», № 2340156 «Устройство для накопления табачных листьев», № 101892 «Табакоуборочный комбайн») и теоретически обоснованы основные конструктивные, технологические и режимные параметры рабочего органа для накопления листьев табака и контейнера рулонного типа.

2. Выявлены закономерности влияния свойств применяемых материалов рулонного контейнера и продолжительности времени хранения листьев в рулоне на величину статического коэффициента трения. Установлено, что с повышением коэффициента пористости материала, коэффициент трения увеличи-

вается: кпор = 0,21 - /ф=1,006; к„о/)=0,49 - /ф = 1,172; к„о/,=0,83 - /с/)=1,495, а с течением времени хранения листьев в рулоне коэффициент трения снижается.

3. Обоснован способ накопления листьев 1-й фракции в контейнере рулонного типа, установлены оптимальные условия временного хранения листьев в контейнере при транспортировании, не снижающие их качества: исходная влажность - не выше 88%; плотность - не более 250 кг/м3; время хранения не более 2^> суток и предложена схема их послеуборочной обработки.

4. Оптимизированы основные параметры и режимы работы рабочего органа для накопления листьев табака: усилие срабатывания датчика контроля веса - 10...30 Н; расстояние от ограничителя до края платформы - 80... 165 мм; частота вращения приемного барабана - 11... 16 мин"1.

Оптимизированы основные параметры и режимы функционирования контейнера рулонного типа: количество листьев в пачке - 1...5 шт.; усилие натяжения материала-60...72,9 Н; коэффициент пористости -0,5...0,8.

5. Разработана методика инженерного расчета рабочего органа для накопления и транспортирования листьев табака, позволяющая определить основные параметры и режимы работы устройств. Рекомендуемые параметры контейнера: ширина рулона - 1 м.; количество слоев листьев на полотне nCJloeB = 3; минимальная скорость перемещения гибкого материала рулона V = 0,03 м/с.

6. Использование рабочих органов для накопления и транспортирования листьев табака в новой технологии снижает влагосодержание листьев при транспортировании и временном хранении на 8-12%, что позволяет сократить затраты энергии на сушку на 10-15%, а затраты труда на подготовку к сушке - в 2,6 раза и получить годовой экономический эффект 11458,37 руб./ га.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих изданиях: 1. Виневская, H.H. Совершенствование технологии и технических средств для машинной уборки табака / Е.И. Виневский, И.И. Дьячкин, H.H. Виневская и др. // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2008. - № 5. - С. 78 - 80.

2. Виневская, H.H. Новая техника для табаководства / Е. И. Виневский, И. И. Дьячкин, H.H. Виневская и др. // Достижения науки и техники АПК. - 2007, № 6. - С. 42-45.

3. Виневская, H.H. Усовершенствование машинной уборки табака / H.H. Виневская // Механизация и электрификация сельского хозяйства - 2011, №1. -С. 8-10.

4. Виневская, H.H. Совершенствование технологического процесса машинной уборки табака / H.H. Виневская, Г.Г. Маслов, Е.И. Трубилин // Сб. науч. тр. ВНИИТТИ - Краснодар, 2010. - Вып. 179. - С. 276-284.

5. Виневская, H.H. Ресурсосберегающая технология накопления и транспортирования свежеубранных листьев табака / Е.И. Виневский, О.О. Николов, H.H. Виневская, А.И. Петрий // Сборник материалов XII Всероссийской научно-практической конференции РАСХН. - Углич, 2006. - С. 161-162.

6. Виневская, H.H. Химический состав табачного сырья в зависимости от механических воздействий на свежеубранные листья табака / Е.И. Виневский, H.H. Виневская, И.И. Дьячкин, К.Г. Громов // Труды научно-практической конференции РАСХН. - Углич, 2005. - С. 55-58.

7. Виневская, H.H. Новые технологические приемы и способы послеуборочной обработки листьев табака машинной уборки / H.H. Виневская, Е.И. Виневский, A.B. Огняник и др. // Сб. науч. тр. ВНИИТТИ - Краснодар, 2009. - Вып. 178.-С. 318-323.

8. Виневская, H.H. Теоретические основы создания универсального комбайна для уборки табака КТУ-720 / Е.И. Виневский, H.H. Виневская, С.К. Папуша и др. // Сб. науч. тр. ВНИИТТИ - Краснодар, 2010. - Вып. 179. - С. 284-292.

9. Виневская, H.H. Совершенствование технологического процесса машинной уборки табака / H.H. Виневская // Научное обеспечение производства сельскохозяйственной продукции высокого качества и повышенной безопасности // Материалы региональной научно-практической конференции. Краснодар,2011.-С. 156-161.

10. Методика инженерного расчета рабочих органов для накопления и транспортирования листьев табака в накопителе рулонного типа / Виневский Е.И., Виневская H.H., Маслов Г.Г. // ЦИИТЭИ - Рукопись аннотирована в 2.3 выпуске электронного издания БД «Агрос» №2/19794вНГЦ«Информрегистр» - 2011.

Патенты РФ:

11. Пат. 2264073 РФ, МПК A01D45/16. Способ накопления и транспортирования листьев табака / Е.И. Виневский, H.H. Виневская, А. И. Петрий; заявитель и патентообладатель ВНИИТТИ. - № 2004114400; заявл. 11.05.2004; опубл. 20.11.2005, Бюл. № 32.

12. Пат. 2311013 РФ, МПК А01Д45/16. Табакоуборочный комбайн/ Виневский Е.И., Шидловский Е.В., Виневская H.H., и др.; заявитель и патентообладатель ВНИИТТИ. - № 2006106854; заявл. 06.03.2006; опубл. 27.11.2007, Бюл. № 33.

13. Пат. 2340156 РФ, МПК А01Д45/16. Устройство для накопления табачных листьев / Николов О.О., Виневский Е.И., Виневская H.H. и др.; заявитель и патентообладатель ГНУ ВНИИТТИ. - № 2007117878; заявл. 14.05.2007; опубл. 10.12.2008, Бюл. №34.

14. Пат. 40846 РФ, МПК A01D45/16. Устройство для полистного разделения массы табачных листьев / Виневский Е.И., Виневская H.H., Огняник A.B., и др.; заявитель и патентообладатель ГНУ ВНИИТТИ,- №2004115243; заявл. 21.05.2004; опубл. 10.10.2004, Бюл. № 28.

15. Пат. 63164 РФ, МПК А01Д45/16. Технологическая система для уборки листьев табака и подготовки их к сушке / Виневский Е.И., Лысенко А.Е. Виневская H.H. и др.; заявитель и патентообладатель ГНУ ВНИИТТИ. -№2005128463; заявл. 12.09.2005; опубл. 27.05.2007, Бюл. № 15.

16. Пат. 101892 РФ, МПК A01D45/16. Табакоуборочный комбайн / H.H. Виневская, Е.И. Виневский, Е.И. Трубилин и др.; заявитель и патентообладатель ГНУ ВНИИТТИ. - №210119864; заявл. 18.5.2010; опубл. 10.02.11, Бюл. №4.

Подписано в печать 17.04.2012 г. Формат 60x84 1/16

Бумага офсетная Офсетная печать

Печ.л. 1 Заказ №314 Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии Куб ГАУ 350044,г. Краснодар, ул. Калинина, 13

61 12-5/3682

Государственное научное учреждение Всероссийский научно- исследовательский институт табака, махорки и табачных изделий Россельхозакадемии

На правах рукописи

Виневская Наталия Николаевна

Оптимизация параметров и режимов работы рабочих органов для накопления и транспортирования листьев

табака машинной уборки

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского

хозяйства

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

д.т.н., профессор Трубилин Е.И.

Краснодар - 2012г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................4

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕХАНИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ УБОРКИ ЛИСТЬЕВ ТАБАКА

И ИХ ТРАНСПОРТИРОВКИ НА СУШКУ.............................................................9

1.1 Анализ применяемых технологий машинной уборки табака.......................9

1.2 Технологии транспортирования листьев табака на послеуборочную обработку................................................................................................................16

1.3 Исходные требования к машинной уборке листьев табака.........................30

1.4 Обзор теоретических и экспериментальных исследований по разработке рабочих органов табакоуборочного комбайна...................................................33

1.5 Краткие выводы, цель и задачи исследований.............................................37

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА УБОРКИ И ТРАНСПОРТИРОВКИ ЛИСТЬЕВ ТАБАКА, ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ КОМБАЙНА.......................................................................40

2.1 Обоснование усовершенствованной функциональной схемы табакоуборочного комбайна.................................................................................40

2.2 Механико-математическое моделирование технологического процесса накопления листьев табака в контейнере рулонного типа..............................47

2.3 Теоретическое обоснование основных параметров рабочих органов для накопления и транспортирования листьев табака..............................................57

2.4 Краткие выводы..............................................................................................62

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ..........................................63

3.1 Программа и материал экспериментальных исследований........................63

3.2 Методика лабораторных и полевых исследований машинного отделения листьев табака от стебля.......................................................................................64

3.3 Методика технологического процесса накопления листьев....................67

3.4 Методика определения коэффициентов трения листьев о рабочие поверхности материалов рулонного контейнера...............................................69

3.5 Методика испытаний накопления листьев в рулонном контейнере..........71

3.6 Методика проведения многофакторного эксперимента для оптимизации параметров рабочих органов.........................................................72

3.7 Методика определения технологических свойств и качества табачного сырья.......................................................................................................................73

4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЭФФЕКТИВНОГО ФУЬЖЦИОНИРОВАНИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ДЛЯ НАКОПЛЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ЛИСТЬЕВ ТАБАКА..................................................................................................74

4.1 Основные физико-механические свойства свежеубранных листьев табака......................................................................................................................74

4.2 Усовершенствованная функциональная схема табакоуборочного комбайна .................................................................................................................................86

4.3 Оптимизация параметров рабочих органов для накопления и транспортирования листьев табака......................................................................98

4.4 Результаты испытаний экспериментальных образцов устройства для накопления табачных листьев и контейнера рулонного типа для их транспортирования..............................................................................................112

4.5 Методика инженерного расчета рабочих органов для накопления и транспортирования листьев табака в накопителе рулонного типа................122

4.6 Краткие выводы........................................ ....................................................129

5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ..................................................................................................131

5.1 Исходные данные........................................................................................131

5.2. Расчет экономической эффективности.......................................................133

ВЫВОДЫ.................................................................................................................138

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..............................................140

ПРИЛОЖЕНИЯ.......................................................................................................155

ВВЕДЕНИЕ

Табачная отрасль является одной из важных составляющих агропромышленного комплекса страны, так как курильщиками является почти треть населения России. Зарубежные табачные компании, пришедшие в табачную отрасль России со своими сырьевыми рынками, не заинтересованы в нашем отечественном табаководстве. Чтобы Российское табаководство не утратило свою экономическую независимость, постановлением правительства РФ №581 в 2001г., принята Федеральная целевая программа социально-экономического развития «Юг России» с тремя инвестиционными проектами возрождения и развития табаководства в Астраханской области, Республике Дагестан, Чеченской республике, Краснодарском крае, согласно которой стратегический производственный потенциал табачного сырья определяется в 20-25 тыс. га. Программа имеет социально-экономическую значимость: рациональное и эффективное использование уникального природно-климатического потенциала регионов для производства различных сортов отечественного экологически чистого табачного сырья и обеспечение занятости сельского населения. В 2010-2011гг. табак начали выращивать в Брянской области, а с 2012г. планируется провести эколого-производственные испытания в нетрадиционных районах выращивания (Липецкая, Брянская, Ростовская и Московская области) в хозяйствах малого бизнеса.

В соответствии с федеральной программой «Юг России», а так же «Доктриной продовольственной безопасности Российской Федерации» о повышении безопасности и конкурентоспособности курительной продукции, ГНУ ВНИИТТИ по заданиям Россельхозакадемии проводит фундаментальные исследования, направленные, в том числе и на разработку технических средств я для табаководства на основе современных принципов механизации.

Проблемы повышения уровня механизации технологических процессов производства табака, качества и конкурентоспособности табачной продукции актуальны в условиях рыночной экономики. Успешное решение этих проблем

во многом зависит от степени эффективности технологий производства табака [6,71,109,131].

Табак существенно отличается от других технических культур. Продуктом культуры табака являются листья, отделенные с растений вручную или механизированным способом в несколько приемов. Принятая технология полистной уборки табака вручную требует больших затрат труда, которые составляют 500-550 чел.- ч./га, при уровне механизации отечественного производства 0,51,7% [5,27,29,103,110].

Зарубежная техника и технология механизированной уборки непригодны для отечественных сортов табака и условий их выращивания.

Ранее предпринималось много попыток механизировать уборку листьев отечественных сортов табака [78,136]. Из всего многообразия разработанных конструкций опытных образцов табакоуборочных машин рекомендованы для применения в табаководстве только две машины, из них одна для полумеханизированного сбора листьев табака MPC - 6 и другая - машина для полной механизированной уборки листьев табака полистным способом МТПГ-1 [40]. По результатам испытаний машин, первая позволяет повысить производительность труда в 3,0-3,5 раза, а вторая - в 10-14 раз. Однако эти машины не получили применения в производстве из-за ряда существенных недостатков.

Отличительной особенностью полистной механизированной уборки является то, что укладка свежеубранных листьев производится в бункере уборочной машины в неориентированном состоянии, навалом. Последующая подготовка таких листьев к сушке требует проведения их предварительной сортировки и ориентации так как масса листьев табака неоднородна по составу и в ней содержатся как целые листья, так и листья с механическими повреждениями различной степени (мелкие части пластинки листа, стеблей растений, соцветия и пасынки). Сушка несортированной массы приводит к перерасходу энергоресурсов и снижает качество сырья. Сортировка дополнительно увеличивает затраты труда до 50 %, что снижает эффективность механизированной уборки [119-121]. Это обусловливает необходимость совершенствования технологии

послеуборочной обработки листьев, применительно к способу сушки (естественный, комбинированный или искусственный).

Ранее предлагалось включить в процесс послеуборочной обработки -технологию уборки листьев, так как в отличие от послеуборочной обработки других сельскохозяйственных культур, разрыв по времени между уборкой и началом подготовки табака к сушке не должен превышать 4-8 часов [106].

В соответствии с этим, процесс уборки и послеуборочной обработки необходимо связать в единую технологическую цепочку путем совершенствования технологии и технического средства машинной уборки. Разработать и оптимизировать новые технологические приемы и способы накопления све-жеубранных листьев, транспортирования и подготовки их к сушке.

Системные исследования совершенствования технологии машинной уборки и послеуборочной обработки листьев табака, обусловленные необходимостью снижения энергетических и трудовых затрат, повышением конкурентоспособности табачного сырья, актуальны и имеют важное научное и практическое значение.

Цель исследований - снижение энергетических и трудовых затрат на послеуборочную обработку листьев табака машинной уборки за счет применения нового способа транспортирования листьев в контейнере рулонного типа.

Объект исследования - технологический процесс уборки и транспортирования листьев табака, свежеубранные листья табака, способ накопления листьев, устройства для накопления и транспортирования листьев.

Предмет исследования - выявление закономерностей взаимодействия листьев с материалом контейнера рулонного типа при их накоплении, взаимосвязь технологических параметров устройств для накопления и транспортирования листьев с их конструктивными параметрами и режимами работы, закономерности эффективного функционирования устройств.

Методы исследования базировались на положениях теоретической механики. Результаты экспериментальных исследований обрабатывались методами математической статистики и планирования многофакторного эксперимента.

Научную новизну работы составляют:

1. Научно - обоснованный технологический процесс накопления листьев табака в контейнере рулонного типа.

2. Механико-математическая модель процесса накопления листьев табака между поверхностями гибкого материала

3. Закономерности влияния материала накопителя с различными коэффициентами пористости и продолжительности времени после отделения табачного листа от стебля на величину статического коэффициента трения листьев.

4. Зависимости критериев оптимизации устройства для накопления листьев и рулонного контейнера от их конструктивных и режимных параметров.

Новизна технических решений и полезность разработок подтверждена 8 патентами РФ на изобретения и полезные модели.

Практическая значимость работы:

1. Новый способ и рабочие органы для накопления и транспортирования свежеубранных листьев табака крупной фракции в контейнере рулонного типа, позволяют объединить процесс уборки и послеуборочной обработки в единый технологический поток, снизить трудовые и энергетические затраты на послеуборочную обработку листьев.

2. Методика инженерного расчета рабочего органа для накопления и транспортирования свежеубранных листьев табака в контейнере рулонного типа, позволяющая определить параметры и режимы работы устройств.

Реализация результатов исследований. Экспериментальный образец устройства для накопления табачных листьев в контейнере рулонного типа прошел ведомственные испытания, объем внедрения на опытно - селекционном участке ГНУ ВНИИТТИ составил 20,6 га; методика инженерного расчета рабочих органов для накопления и транспортирования листьев табака в контейнере рулонного типа внедрена в учебный процесс Кубанского ГАУ .

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и одобрены на ежегодных заседаниях технического совета лаборатории механизации и послеуборочной обработки табака ГНУ ВНИИТТИ, веер ос-

сийских научно-практических конференциях (г.Углич, 2003г, 2005г, 2006г. г. Волгоград, 2004г.), международной научно-практической конференции (г.Краснодар, 2005), региональной научно-практической конференции (г. Краснодар, 2011г.), Сб. научн. трудов ГНУ ВНИИТТИ (№176 - №179).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 3 работы в журналах, рекомендованных ВАК. Получено 6 патентов РФ на изобретения и полезные модели.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников, включающего 154 наименования, в том числе 13- на иностранных языках. Диссертация изложена на 197 страницах, включая 52 страницы приложения, содержит 25 таблиц и 54 рисунка.

Основные положения, выносимые на защиту:

-усовершенствованный технологический процесс машинной уборки листьев табака, включающий в себя новый технологический прием сортировки листьев по степени механических повреждений и способ накопления целых листьев в контейнере рулонного типа;

- оптимальные конструктивные и режимные параметры рабочего органа для накопления листьев табака и контейнера рулонного типа;

- методика инженерного расчета рабочих органов для накопления и транспортирования листьев табака в контейнере рулонного типа;

- экономическая эффективность применения рабочих органов для накопления и транспортирования листьев табака.

Автор выражает искреннюю благодарность профессорам: Маслову Г.Г., Виневскому Е.И., за ценные советы и помощь при выполнении работы, а так же ведущему инженеру конструктору Пояркову И.Б. и всем сотрудникам лаборатории механизации и агропромышленной технологии за участие в разработке экспериментальных устройств и проведении исследований.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕХАНИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ УБОРКИ ЛИСТЬЕВ ТАБАКА И ИХ ТРАНСПОРТИРОВКИ НА СУШКУ

1.1 Анализ применяемых технологий машинной уборки табака

В настоящее время табак все еще остается одной из трудоемких культур, на возделывание, уборку и послеуборочную обработку одного гектара табака, затрачивается 380-700 чел. - дней [42, 63].

В мировой практике известны несколько способов уборки табака: полистный способ, целыми растениями и комбинированный [18,46,64,116,127,].

Первый способ имеет приоритетное распространение. В нашей стране в основном применяется полистная ручная уборка. Согласно требованиям существующей технологии ручной уборки, табачные листья должны убираться строго по ломкам - одной степени зрелости в 5-6 приемов[18,59]. Число технически зрелых листьев в ломке колеблется от 3 до 5. Наибольшее число листьев убирают при верхних и средних ломках. Уборка проводится утром после спада росы или вечером. Убирают одновременно два рядка, продвигаясь между ними, набрав достаточное количество листьев в пучок, оставляют его в междурядье, затем выносят и аккуратно складывают пачками в рядно, корзину или ящик по 30-40 кг, что способствует их лучшему сохранению при транспортировке [42,64]. Производительность труда низкая и составляет 0,066 га/час. Достоинством ручной уборки является то, что она обеспечивает полноту сбора листьев и ориентированную укладку, что способствует эффективности их послеуборочной обработки, но она требует больших затрат тяжелого ручного труда на ломке, укладке листьев в тару. При урожайности табака в предгорной зоне 17-20ц/га затраты труда на ломку составляют почти 32% от общих затрат на его производство, уровень механизации, как отмечалось выше не более 1,7%.

Элементы, определяющие качество табачного сырья того или иного ботанического сорта табака формируются в течение всего вегетационного периода его созревания, но окончательное формирование и закрепление его качествен-

ных характеристик происходит в процессе уборки и послеуборочной обработки [17,18,115 ]. В сфере его сельскохозяйственного производства они состоят из ряда технологических процессов, включающих: уборку листьев табака, транспортировку, закрепление на основу, томление, сушку, увлажнение, съем и хранение, сортировку и упаковку. Такая последовательность технологических операций характерна для полистного способа уборки табака[ 102,106,107].

Проблема механизации уборки крупнолистных Табаков является важной и неотложной задачей науки и практики. Решение ее должно быть комплексным. Помимо создания уборочных