автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности функционирования картофелеуборочных машин за счет совершенствования системы выносной сепарации

На правах рукописи

ПАВЛОВ ВИТАЛИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНЫХ МАШИН ЗА СЧЕТ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМЫ ВЫНОСНОЙ СЕПАРАЦИИ

Специальность: 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 а т 2014

Рязань-2014

005549191

005549191

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева».

Научный руководитель: кандидат технических наук

Юхин Ив^н Александрович

Официальные оппоненты: Пшеченков Константин Александрович,

доктор технических наук, профессор, ГНУ «Всероссийский научно-

исследовательский институт картофельного хозяйства им. А.Г. Лорха», заведующий лабораторией оценки сортов на пригодность к переработке и хранению

Купряшкин Владимир Федорович, кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева», доцент кафедры основ конструирования механизмов и машин

Ведущая организация: ГНУ «Всероссийский научно-

исследовательский институт механизации сельского хозяйства»

Защита состоится _июля_ 2014 г. в 10.00 часов на заседании

диссертационного совета Д 212.117.06 ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва» по адресу: 430904, г. Саранск, п. Ялга, ул. Российская, д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. М.М. Бахтина ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва» и на сайте http://mrsu.ru/ru/diss/diss.рИр?ЕЬЕМЕЫТ_ГО=28799.

Автореферат разослан « 21 » _мая 2014 г. и размещен на официальном сайте ВАК Минобрнауки РФ http://vak2.ed.gov.ru «28» _апреля 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Величко С.А.

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования. Производство картофеля с использованием машинных технологий является перспективным направлением развития мирового агропромышленного комплекса. Основные трудо- и энергозатраты (до 60% и более) за период возделывания приходятся на уборку урожая. В Российской Федерации наибольшее распространение получила поточная технология уборки с применением картофелеуборочных комбайнов и транспортных средств. Из-за сложных почвенно-климатических условий России машины не обеспечивают полного выполнения агротехнических требований. В результате потери и повреждения клубней оказываются достаточно велики. Все это сказывается на ухудшении товарности продукции и, как следствие, снижении стоимости ее реализации. Снижение потерь и повреждений клубней возможно за счет применения! новых машинных технологий и сельскохозяйственной техники, отвечающей агротехническим требованиям, предъявляемым к уборочным машинам.

Одним из наиболее актуальных направлений совершенствования средств механизации, предназначенных для уборки картофеля, является

артофелеуборочных

органами выносной картофелеуборочных ющих конструкций

совершенствование сепарирующих рабочих органов машин, в частности, органов выносной сепарации.

Сепарирующие горки являются основными сепарации в технологических схемах большинства комбайнов. Однако практически ни одна из существу сепарирующих горок не обеспечивает достаточно полного выполнения агротехнических требований, что подтверждено результатами испытаний. Поэтому необходимо дальнейшее их совершенствование клубнесбрасывающих устройств, которые соответствовали бы требованиям максимальной производительности при низких значениях повреждений и потерь корнеклубнеплодов и высокой чистоте клубней в таре, что является важной народнохозяйственной задачей.

Степень разработанности темы. Систематизация и критический анализ материалов по тематике исследования проведены на основании работ известных ученых: Н.В. Бышова, С.Н. Борычева, П.М. Василенко, Н.И. Верещагина, Л. Даневски, Н.Ф. Диденко, М.Н. Ерохина, И.М. Зорина, H.H. Колчина, В.Ю. Кривошеева, М.Н. Летошнева, A.B. Паршкова, Г.Д. Петрова, В.И. Славкина, А.Г. Пономарева, A.A. Попова, К.А. Пшеченкова, Г.К. Рембаловича, A.A. Сорокина, Н.В. Тютрина, М.Б. Угланопа, И.А. Успенского, М.Н. Чаткина, К. Baganz, А. Kern, W. Noack, и др.

Однако, несмотря на большое количество технико-технологических решений по повышению эффективности процесса выносной возможности совершенствования данного процесса и технических средств его осуществления далеко не исчерпаны.

сепарации, для

Работа выполнена по плану НИОКР ФГБОУ

7 «Совершенствование технологий, разработка и технических средств воздглывания, уборки, транспортировки и хранения сельскохозяйственных культур в условиях ЦФО

2010...2015 гг. по теме № повышение надежности

ВПО РГАТУ на

РФ» (№ гос.

регистрации 01201174432) в рамках раздела

7.2 «Совершенствование технологий, разработка и повышение надежности технических средств уборки, транспортирования и хранения картофеля в условиях сельскохозяйственных предприятий Рязанской области») и согласуется с распоряжением Председателя Правительства РФ Д.А. Медведева №1233-р «Инновационное развитие производства картофеля и топинамбура на 2012-2015 годы».

Цель исследований. Повышение эффективности функционирования сепарирующей горки картофелеуборочных машин, обеспечивающей удаление почвенных и растительных примесей, при повреждениях и потерях клубней картофеля, соответствующих агротехническим требованиям.

Объекты исследовании. Картофелеуборочные машины, рабочий орган выносной сепарации картофелеуборочных машин, сепарирующая прямоточная пальчатая горка.

Предмет исследований. Теоретические и экспериментальные закономерности процесса выносной сепарации в картофелеуборочных машинах.

Научная проблема заключается в необходимости повышения эффективности функционирования картофелеуборочных машин, в том числе путем совершенствования органов выносной сепарации.

Научную новизну работы составляет:

1) математическая модель процесса сепарации картофельного вороха новым рабочим органом, позволяющая определять параметры усовершенствование

2) зависимое разработанного устр

3) зависимост

органом, позволяющая го сепарирующего устройства; гь потерь клубней от конструктивных эйства;

параметров

повреждений клубней от конструктивных параметров разработанного устройства;

4) зависимость полноты отделения примесей от конструктивных параметров разработанного устройства.

Практическую значимость работы представляют:

1) Оригинальная конструктивно-технологическая схема органа выносной сепарации, обеспечивающая повышение разделения компонентов картофельного вороха и снижение повреждений клубней и состоящая из продольной пальчатой горки с лопастным отбойным валиком, который снабжен защитным храповым механизмом (патент РФ на изобретение № 2454850, опубл. 10.07.2012, Бюл. № 19).

2) Результаты оценки агротехнических показателей работы картофелеуборочных машин, оснащенных органом выносной сепарации с лопастным отбойным валиком.

3) Оценка технико-экономической эффективности применения картофелеуборочных машин, оснащенных органом выносной сепарации с лопастным отбойным валиком.

Методы исследования. Теоретические исследования выполнены на основе положений, законов и методов теоретической механики и

математического анализа с использованием ПК, в том числе с использованием программы МаШСАЕЗ 14.0. Обоснование кинематических и конструктивных параметров, расчет эксплуатационных показателей органа выносной сепарации проводились как по известным, так и по разработанным оригинальным методикам. Экспериментальные исследования агротехнических показателей работы усовершенствованной сепарирующей горки выполнены с использованием теории планирования многофакторного эксперимента. Обработка результатов исследований проведена методами математической статистики. При полевых испытаниях оценка эксплуатационно-технологических показателей картофелеуборочных машин проводилась согласно ГОСТ 20915-75, ГОСТ 28713-90, ГОСТ Р 52778-2007 и СТО АИСТ 8.5 -2010.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1) теоретическое обоснование параметров органа выносной сепарации;

2) результаты лабораторных исследований агротехнических показателей усовершенствованной сепарирующей горки;

3) результаты полевых испытаний картофелеуборочных машин с усовершенствованным рабочим органом выносной сепарации;

4) технико-экономическая оценка применения разработанного устройства на картофелеуборочных комбайнах.

Достоверность основных положений работы подтверждена сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований (расхождение не более 5%) и положительными результатами хозяйственн ых испытаний.

Реализация результатов исследования. На основании проведенных исследований изготовлены усовершенствованные устройства выносной сепарации картофелеуборочных машин, успешно прошедшие полевые испытания в 2011.. .2013 гг. на полях Кпепиковского района Рязанской области на общей площади более 105 га. Материалы исследований переданы в ООО «Агрофирма «Усадьба».

Личный вклад автора экспериментальных результатов соавторстве. При этом автору

состоит в обобщении теоретических и исследований, проведенных им лично и в принадлежит: участие в постановке задач аналитических и экспериментальных исследований, непосредственное проведение теоретических исследований и экспериментов, обработка результатов и их интерпретация, участие в написании статей и выводов по ним.

Апробация результатов. Основные положения и результаты исследований доложены и обсуждены на международной студенческой научно-практической конференции Курской ГСХА (2010 г.); научных конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов И| студентов ФГБОУ ВПО РГАТУ (2010...2014 гг.); II и III этапах Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых Высших учебных заведений Министерства сельского хозяйства РФ в номинации «Агроинженерия» (2011 г.) г. Рязань и г. Саргтов соответственно; официальном проекте Национальной ассоциации инноваций и развития информационных технологий «Кулибин» (2011 г.); VI 'оссийской научно-

практической конференции «Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе (2011 г.) г. Ставрополь; межгосударственном научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации автотракторной техники в АПК» (2011 г.) г. Саратов; II и III этапах Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди аспирантов Высших учебных заведений Министерства сельского хозяйства РФ в номинации «Технические науки» (2012 г.) г. Рязань и г. Саратов соответственно; первой итоговой конференции молодых инноваторов по программе «УМНИК» в Рязанской области (2013 г.) г. Рязань; международной научно-практической конференции «Переработка и управление качеством сельскохозяйственной продукции» (2013 г.) г. Минск; VI международной научно-практическои конференции «Наука и образование XXI века» (2014 г.) г. Рязань. 1

Публикации. По теме диссертационной работы получен 1 патент РФ на изобретение, опубликовано 13 печатных работ, в том числе: 3 - в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ; 3 - в международных сборниках и 7 - в российских сборниках. Общий объем публикаций составил 4,44 п.л., из них лично соискателю принадлежит 2,1 п.л.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 149 наименований, в том числе 15 на иностранных языках, и приложений. Работа изложена на 155 страницах текста,

содержит 14 таблиц

Во введении

работы и ее народно выносимые на защит В первой г. механизированной

определены задачи и

1 92 рисунка.

Краткое содержание работы

обоснована актуальность темы, сформулирована цель хозяйственное значение. Приведены основные положения, У-

иве «Анализ современных технологий и средств уборки картофеля» проведен анализ состояния вопроса и сследования.

Анализ современных технологий и средств механизированной уборки картофеля показал] что одним из наиболее актуальных направлений совершенствования средств механизации уборки картофеля является совершенствование органов выносной сепарации.

Выявлено, что продольная пальчатая горка является наиболее распространенным устройством картофелеуборочных машин благодаря хорошей сепарирующей способности, высокой производительности и простоте конструкции. Но в условиях уборки показатели работы пальчатой горки не всегда отвечают агротехническим требованиям.

Выявлено, что одним из перспективных схемно-конструктивных решений органа выносной сепарации является прямоточный наклонный пальчатый транспортер с расположенным над его поверхностью клубнеотражателем.

В соответствии с поставленной целью сформулированы следующие задачи исследования:

1) обобщить результаты научных исследований органов вторичной сепарации картофелеуборочных машин и выявить перспективное направление исследований;

2) разработать конструкцию сепарирующей горки с целью повышения эффективности ее функционирования;

3) теоретически и экспериментально обосновать рациональные параметры усовершенствованной сепарирующей горки;

4) определить экономическую эффективность применения картофелеуборочных машин с усовершенствованной сепарирующей горкой.

Во второй главе «Теоретические исследования рабочего органа выносной сепарации» по результатам анализа устройств вторичной сепарации, применяемых в конструкциях современных картофелеуборочных машин, нами предлагается орган выносной сепарации (рисунок 1).

примеси

а) схема устройства; б) общий вид сепарирующей горки с клубнеотражателем;

в) клубнеотражатель; г) храповый механизм. 1 - разделительная горка; 2,3 - рабочая и обратная ветви транспортерной ленты; 4 - упругие пальцы транспортерной ленты; 5 - загрузочный транспортер; 6 - транспортер выгрузки корнеклубнеплодов; 7 - клубнеотражатель; 8 - приводной вал; 9 - отбойный валик; 10 - эластичные пластины; 11 - храповый механизм; 12 - пружина-скрепка; 13-корпусхрапового механизма; 14-пружина; 15 - подпружиненная собачка; 16-ось;

17 — храповое колесо; 18 — диск. Рисунок 1 - Конструктивно-технологическая схема усовершенствованного органа выносной сепарации (патент на изобретение РФ №2454850)

Разработанный рабочий орган выносной сепарации с

клубнеотражающим

устройством (рисунок 1-а,б), содержит наклонный пальчатый транспортер и размещенный в его верхней части клубнеотражатель 7 (рисунок 1-в), выполненный в виде установленного на приводном валу 8 отбойного валика 9, снабженного отдельно подпружиненными пластинами 10 с эластичным покрытием, установленными перпендикулярно относительно оси валика. Устройство снабжено защитным храповым механизмом для осуществления в процессе работы кратковременного проворачивания на валу привода в направлении, обратном направлению вращения вала привода (рисунок 1-г).

В исследовании введем понятие «компонент», под которым будем понимать неразделенный компонент клубненосного вороха, а именно тело неправильной форм!^ составляющими которого являются клубень с налипшей на него почвой и ботвой. Для выбора параметров рабочего органа вторичной сепарации целесообразнее всего рассматривать взаимодействие кпубнеотражателя именно с компонентом, как наиболее сложным и неблагоприятным случаем.

При теоретическом обосновании рациональных конструктивных параметров устройства принимались следующие допущения и исходные данные: ворох располагается на поверхности горки равномерно и имеет во всех точках поверхности одинаковую толщину; компоненты вороха движутся вместе с рабочей поверхностью элеватора без качения или скольжения; во

взаимодеиствие с

эластичными пластинами клубнеотражателя вступает «компонент»; компонент имеет форму прямоугольного параллелепипеда с размерами а, Ь, с и центром тяжести в точке С (рисунок 2).

а, Ь , с - геометрические размеры компонента (высота, длина, ширина), м; Р - сила, взаимодействия компонента с пластиной клубнеотражателя, Н; М;,д - момент, удерживающий компонент в исходном положении, Нм; Мопр - момент, опрокидывающий компонент относительно линии АВ, Нм; в - сила тяжести, Н; аг- угол наклона горки, рад; сов - угловая скорость вращения вала клубнеотражателя, рад/с; уг — скорость движения поверхности горки, м/с. Рисунок 2 - Схема взаимодействия «компонента» с пластиной клубнеотражателя (для определения минимальной опрокидывающей силы)

Качество разделения «компонента» на составляющие зависит от степени и количества силовых воздействий на него со стороны рабочих органов вторичной сепарации. Таким образом, задача клубнеотражателя -интенсифицировать процесс разделения путем силового воздействия на компоненты.

Для построения математической модели рассмотрим кинематику процесса взаимодействия «компонента» с пластиной клубнеотражателя (рисунок 2).

Для разделения компонента на составляющие необходимо путем воздействия силы Р со стороны пластины перевернуть его ¡относительно линии АВ в сторону, противоположную направлению движения пальчатого полотна.

По результатам расчетов получили:

Р > Ъ ■ с ■ ркд{соБагЪ — зтага), (1)

где Р — сила взаимодействия компонента с пластиной клубнеотражателя, Н; рк — плотность компонента, кг/м3; а ,Ь , с - геометрические размеры компонента (высота, длина, ширина), м; аг — угол наклона горки, рад.

Из зависимостей величины силы от угла наклона горки и состава компонента (рисунок 3) видно, что при одинаковых геометрических параметрах компонента в большей степени на величину силы Р влияет угол наклона пальчатого полотна, при увеличении которого сила убывает.

50

\

N Ч

Í ч \

S Е И Ч \

\

0.4 0.6 0.S

угол наклона горки, piu

1ÍOO 'ООО 2300

плотность компонента, кг/м3

Рисунок 3 - Зависимости величины силы от угла наклона горки и состава

компонента

При взаимодействии пластины с «компонентом»| происходит изгиб пружины-скрепки и рабочий зазор между полотном горки и отбойным валом увеличивается (рисунок 4).

С учетом того, что максимальный зазор не должен превышать среднего значения ширины компонента, получим:

г-12

hx > аср — /(1 — eos-

г).

(2)

где Рт

максимальная сила, Н; / - расстояние от конца лопасти до поверхности

отбойного валика, м; Епс — модуль Юнга материала пружины-скр проволоки пружины-скрепки, м.

;пки, МПа; г - радиус

0тах — максимальный угол поворота пружины-скрепки, рад; ушах — максимальный прогиб отбойного элемента по оси у, м; Ртах - максимальная сила, Н; 1 - расстояние от конца пластины до поверхности отбойного валика, м; 2т„ — максимальное перемещение лопасти по оси ъ, м; И] — зазор между концом лопасти и поверхностью горки при наибольшем их

сближении, м.

Рисунок 4 - Схема взаимодействия «компонента» с пластиной клубнеотражателя (для определения прогиба пластин)

При максимальной силе, равной 20 Н, средних параметрах «компонента» (а = аср= 0,05 м ,6 = 0,15 м, с = 0,1 м), / = 0,15 м, г =0,002 м; Епс = 2,1 *105МПа, получим величину з;!зора между лопаткой и горкой /га > 0,029 м. Принимаем, что рациональная величина зазора между лопастью и горкой не должна превышать 0,03 м.

Рассмотрим случай, когда компонент, попавший на поверхность сепарирующей горки в силу своих физико-механических свойств и геометрических параметров не может сойти с полотна горки, и разделения при взаимодействии с клубнеотражателем не произошло.

Данный случай имеет место, если компонент представляет собой плотный комок почвы, камень, случайно попавший на поверхность горки и т.д. Для выноса данного компонента с сепарирующей горки предусмотрен храповый механизм вторичной очистки (рисунок 5), а угловая скорость вращения клубнеотражателя определяется из выражения (3).

ад

ш„ < ■

^вор-СкрО^вор. ^улр.апр.1

-С

(3)

рвор.(кр.)/

где ео„ - угловая скорость вращения вала клубнеотражателя, рад/с; рц- окружная сила на храповом колесе, Н; окружная скорость на храповом колесе, м/с; F|¡op. (кр.) = ^давл.(кр.) ■

критическое значение

:илы воздействия вороха, при которой происходит срабатывание

храпового механизма, Н; ^„р— сила упругости пружины храпового механизма, Н; /г„ор— расстояние от центра вращения до характерной точки взаимодействия, м; а,ч,- расстояние от места крепления пружины до оси, относительно которой вращается рычаг, м.

вор.(кр) Г'пах

Мсопр.(кр.) - критическое значение момента сопротивления, при котором происходит срабатывание храпового механизма, Нм; Мдв - момент на валу клубнеотражателя от двигателя, который приложен к храповому механизму, Нм.; Р,ор. ¡кр.) —критическое значение силы воздействия вороха, Н; Ивор—расстояние от центра вращения до характерной точки взаимодействия, м; Р„,р- сила упругости пружины храпового механизма, Н; Ипр—расстояние от точки краыения пружины к собачке до оси вращения механизма, м; апр—расстояние от места крепления пружины до оси, относительно которой вращается

рычаг, м; Ъ„р—расстояние от оси, отпоет храпового колеса, м; а,1р—угол меж»

пелыю которой )у вертикалью и

вращается рычаг до зуба осью рычага, рад; абатывание храпового

Fdam.(Kp.) — критическая сила, при которой происходит с[, механизма, Н; а>„—угловая скорость вращения вала к/1убиеотражателя, рад/с; h„ —радиус

храпового колеса, м. Рисунок 5 - Схема к расчету параметров храпового механизма

При расчетах принимаем: апр=я/6; апр. = 0,1 м; гпр. = 1мм; диаметр вала 0,1 м; ворох воздействует на пластину в ее середине. Для эффективной работы храпового механизма, а также минимизации повреждений и потерь определена угловая скорость вращения клубнеотражателя 12 рад/с, что соответствует частоте вращения 115 об/мин.

Установлено, что наиболее благоприятными с точки зрения нанесения повреждений является косой удар клубня о пластины клубнеотражателя, так как нормальная составляющая ударного импульса вызывает деформацию сжатия и приводит к нарушению клеточной структуры, образованию трещин и

раскалыванию клубней, а касательная составляющая - срыв кожуры и нарушение наружного покрова.

Для снижения влияния нормальной составляющей импульса необходимо определить угол установки пластин (рисунок 6). Для этого рассмотрим плоский упругий удар клубня в виде эллипса (после разделения «компонента») о шероховатую поверхность пластины.

®кл — угловая скорость клубня, рад/с; с11 и <12 — параметры, определяющие положение центра масс относительно точки соударения, м; V™ - скорость клубня, м/с; ук - скорость точки соударения К, м/с; х, п - касательная и нормальная ось к поверхности контакта; Рк - угол падения точки К; К — точка контакта клубня с пластиной при ударе; акл — ширина клубня, м; Ьк„ - длина клубня, м; а„„ - угол установки пластин клубнеотражателя.

Рисунок 6 - Схема к расчету угла установки отбойных пластин клубнеотражателя

апл>агад7---Е (4)

где км — коэффициент восстановления клубня при ударе; о1; и — параметры, определяющие положение центра масс относительно точки соударения, м\/КП — коэффициентом трения; гКп — радиус инерции клубня относительно центра масс.

Для расчетов принимаем:/„, = 0,7; ки, = 0,6, размер клубня и параметры ¿\ и с?2 соответствуют среднему размеру клубней.

По результатам расчетов принимаем величину угла установки пластин клубнеотражателя относительно его оси для выполнения условия косого соударения равным 47 градусов.

При данной величине угла установки количество пластин в одном ряду на валу клубнеотражателя равно:

япл = - , (5)

Ьпл-С05апл

где и„„ — количество пластин в одном ряду на валу клубнеотражателя; ¿гор — ширина

сепарирующей горки, м; Ь„„ — ширина пластины клубнеотражателя, м.

В результате получаем: количество пластин в одном ряду равно 8, а количество рядов - 4.

В третьей главе «Лабораторные исследования эффективности функционирования усовершенствованного органа выносной сепарации картофелеуборочных машин» представлены пэограмма, методика и результаты лабораторных исследований эффективности работы усовершенствованного органа выносной сепарации. Была принята следующая программа исследований, включающая: 1) исследование агротехнических показателей серийного органа выносной сепарации; 2) проведение полнофакторного эксперимента на усовершенствованном органе выносной сепарации (патент на изобретение РФ №2454850) с целью определения диапазона изменения рабочего зазора между пальцами полотна горки и лопастями клубнеотражателя; 3) проведение многофакторного эксперимента на усовершенствованном органе выносной сепарации с целью определения частоты вращения клубнеотражателя; 4) обработка результатов исследований и их оценка по количеству удаленных почвенных и растительных примесей, потерям и повреждениям клубней.

Объектами исследований выступали серийный и усовершенствованный органы выносной сепарации, состоящие из продольной прямоточной пальчатой горки с серийным и усовершенствованным отбойными валиками (рисунок 7).

На первом этапе эксперимента (на серийном органе выносной сепарации) исследовались основные агротехнические показатели: полнота сепарации примесей, потери и повреждения клубней (в %). При определении рабочего зазора между пальцами полотна горки и лопастями клубнеотражателя, переменными факторами выступали: я, - рабочий зазор между лопастями клубнеотражателя и пальцами сепарирующей горки, м; х2 — подача вороха, кг/с; х3 - количество неразделенных компонентов в ворохе, %.

1 - емкость для сбора и взвешивания клубней; 2 - продольная прямоточная пальчатая горка; 3 - емкость для предварительного размещения и подачи вороха на поверхность органа выносной сепарации; 4 - боковой ограничитель полотна горки; 5 - защитный храповый механизм; 6 - пружины крепления лопастей; 7 - эластичные лопасти; 8 - лопастной отбойный валик; 9 — приводные звездочки; 10 — емкость для сбора и взвешивания почвенных и растительных примесей; 11 - мотор-редуктор; 12 - цепной привод вращения ведущего вала горки и вала вращения лопастного отбойного валика.

Рисунок 7 - Лабораторная установка

1

14

На втором этапе исследований - при определении частоты вращения клубнеотражателя — переменными факторами выступали: х3 - количество неразделенных компонентов в ворохе, %; х4 - частота вращения клубнеотражателя, об/мин.

Основные уровни и интервалы варьирования факторов представлены в таблице 1.

После проведения лабораторных исследований, полученные результаты обрабатывались с использованием методов математической статистики.

Таблица 1 - Уровни и интервалы варьирования факторов при исследовании продольной пальчатой горки с клубнеотражателем_

Факторы Единицы измерения Основной уровень Интервал варьирования Верхний уровень Нижний уровень

Натуральное значение Кодированное значение Натуральное значение Натуральное значение Кодированное значение Натуральное значение Кодированное значение

X, м 0,03 0 0,020 0,05 +1 0,01 -1

Х2 кг/с 4,8 0 3 7,8 +1 1,8 -1

Хз % 15 0 10 25 +1 5 -1

х4 об/мин 115 0 40 135 +1 95 -1

По результатам лабораторных исследований получены уравнения регрессии:

1) Определение рабочего зазора между пальцами горки и лопастями клубнеотражателя:

Полнота сепарации примесей:

у, = 87,53 8 + 5,429 ■ х, +1,804 ■ х2 + 2,5 88 ■ дг3 -1,079 • х, ■ ж, (6)

Повреждения клубней:

у2 = 4,275 +1,12 -х,- 0,62 -х2- 0,344 -х3 (7)

Потери клубней:

у3 =3,637 + 1,212-х, +0,551 -х2+0,319-*3 -0,1 18-х.,-х3 (8)

2) Определение частоты вращения клубнеотражателя:

Полнота сепарации примесей:

у, = 87,75 - 2,1 • х, + 5,7 ■ х4 + 0,983 • х3 ■ х„ (9)

Повреждения клубней:

у2 =4,231 + 0,377-х3 +0,611 -х4+0,171-х3(10)

Потери клубней:

,;3 = 4,815 + 0,537|-х3 -0,81 ■ + 0,335-х3 -х4 (11)

При анализе данные выражений установлено, что величины находятся в пределах: рабочий зазор между полотном горки и лопастью отбойного вала находится в пределах от 22,4 мм до 34,3 мм, угловая скорость вращения вала находится в пределах от 98,1 об/мин до 125,03 об/мин.

В четвертой главе «Полевые исследования эффективности функционирования картофелеуборочных машин с усовершенствованным органом выносной сепарации» представлена программа, методика и результаты хозяйственных испытаний.

Исследования проводились в соответствии с 28713-90, ГОСТ Р 52778-2007 и СТО киСТ 8.5 -области в период массовой уборки картофеля в 2011.

Программа полевых исследований включала в себя исследования по определению размерно-массовых свойств культуры картофеля на поле, а также сравнительные хозяйственные (полевые) испытания серийного и усовершенствованного картофелеуборочного комбайна AVR 220 ВК Variant (рисунок 9).

При проведении исследований определялись: полнота сепарации примесей, повреждения и потери клубней.

ГОСТ 20915-75,1 ГОСТ 2010 на полях Рязанской 2013 годах.

1 — продольная прямоточная пальчатая горка; 2 — лопастной отбойный валик; 3 — корпус-подшипник; 4 — защитный храповый механизм; 5 - пружина-скрепка; 6 — эластичная лопасть; 7 — привод клубнеотражателя. Рисунок 9 - Усовершенствованный орган выносной сепарации на комбайне AVR 220 ВК Variant

Сравнительные полевые испытания показал

Чного комбай

и (таблица 2), что у за AVR 220 ВК (Variant парации по сравнению с в таре с 72,3 до 87,8%, а

усовершенствованного картофелеуборой при использовании предлагаемого органа выносной cfe серийными машинами увеличивается чистота клубне? потери и повреждения клубней уменьшаются с 5,4 до 1,9% и с 7,2 до 4,03% соответственно. Определено, что у картофелеуборочной машины AVR 220 ВК Variant при использовании пальчатой горки с лопастным отбойным валом и защитным храповым механизмом в связи с увеличением интенсивности процесса выносной сепарации появляется возможность повышения рабочей скорости движения агрегатов при уборке с 4,2 до 4,5 км/ч, что позволяет увеличить производительность работы с 0,38 до 0,43 га/ч соответственно, а коэффициент использования времени смены повысить с 0,61 до 0,68.

Исходя из полученных значений агротехнических показателей, подтверждена эффективность применения органа выносной сепарации с целью повышения эффективности функционирования картофелеуборочных машин.

Таблица 2 - Результаты хозяйственных испытаний серийной и усовершенствованной картофелеуборочных машин AYR 220 ВК Variant_

№ п/п Показатели работы AVR 220 ВК Variant

Серийный Усовершенство ванный

1 Рабоч. скорость агрегата, км/ч 4,2 4,5

2 Глубина хода лемеха, см 20 20 '

3 Ширина захвата, м 1,5 1,5

4 Средний уклон поля, % 1,8 1,8

5 Производительность работы, га/ч 0,38 0,43

6 Нормативная годовая наработка машины, га 40 40

7 Качество выполнени процесса, % - собрано в тару - оставлено на повер> - оставлено в почве технологического ности 94,6 3,7 1,7 98,1 0,5 1,5

8 Повреждения клубне - вырывы мякоти глу - трещины длиной бс - резаные клубни л по массе, %: 5иной более 5 мм лее 5 мм 7.2 2.3 4,2 0,7 4,03 1,1 2,63 0,3

9 Состав вороха (по массе), %: - клубни - почвенные комки - почва на клубнях - камни - растительные примеси 73,4 9,4 8,6 4,9 3,7 75,4 8,7 8,1 4,3 3,5

10 Коэффициент использования времени смены 0,61 0,68

Расхождение результатов теоретических и экспериментальных исследований составило менее 5%, что подтверждает достоверность полученных данных.

В пятой главе «Технико-экономическая эффективность применения сепарирующей горки с лопастным отбойным валиком на картофелеуборочных машинах» изложена методика и результаты определения технико-экономической эффективности применения усовершенствованного картофелеуборочного комбайна AVR 220 ВК Variant, оснащенных органами выносной сепарации с лопастным отбойным валиком.

Картофелеуборочная машина с усовершенствованным органом выносной сепарации применялась ¡с 2011...2013 г. в ООО «Агрофирма «Усадьба» Клепиковского района Рязанской области. За этот период было убрано более 105 га картофеля. Установлено, что суммарный экономический эффект от использования на картофелеуборочной машине AVR 220 ВК Variant усовершенствованного органа выносной сепарации составляет 9547,02 руб./га в усредненных ценах 2010- 3 годов.

' Общие выводы

1. Анализом конструкций рабочих органов выносной сепарации выявлено, что продольная пальчатая горка является наиболее распространенным устройством картофелеуборочных машин благодаря

высокой сепарирующей способности, производительности и простоте конструкции. Но показатели работы пальчатой горки не всегда отвечают агротехническим требованиям.

:са выносной сепарации i над ее поверхностью :де отбойного ва!па, на е эластичные пластины, механизмом (патент на

2. С целью повышения эффективности проце предложена сепарирующая горка с установленные активным клубнеотражателем, выполненным в bi поверхности которого установлены подпружиненны Клубнеотражатель снабжен защитным храповым изобретение РФ № 2454850, RU).

3. Разработана математическая модель определения рациональных параметров лопастного отбойного валика I усовершенствованного сепарирующего устройства, при которых потери и повреждения клубней не превысят агротехнических требований к процессу уборки картофелеуборочными машинами. Определены их значения: частота вращения вала клубнеотражателя равна 115 об/мин, при этом угол установки пластин по отношению к оси вала — 47°; количество пластин в ряду — 8; количество рядов пластин - 4; зазор между пластиной и сепарирующей горкой в момент их наибольшего сближения - 0,03 м.

4. При проведении лабораторных исследований установлено, что использование усовершенствованного органа выносной сепарации по сравнению с серийным позволяет повысить полноту удаления растительных и почвенных примесей с 72,4 до 87,5% (на 15,1%) и снизить потери клубней с 6,43 до 3,6% (на 2,83%), повреждения клубней при этом уменьшить с 7,4% до 4,2% (на 3,2%). Уточнено, что рациональные величины находятся в пределах: рабочий зазор между полотном горки и лопастью отбойного вала - от 22,4 мм до 34,3 мм, угловая скорость вращения вала - от 98,1 об/мин до 125,03 об/мин.

5. В процессе проведения хозяйственных испытаний установлено, что у усовершенствованного картофелеуборочного комбайна AVR 220 ВК Variant при использовании предлагаемого органа выносной сепарации по сравнению с

серийными машинами увеличивается чистота клубне!

в таре с 72,3 до 87,8%, а

потери и повреждения клубней уменьшаются с 5,4 i о 1,9% и с 7,2 до 4,03% соответственно. Определено, что у картофелеуборочной машины AVR 220 ВК Variant при использовании пальчатой горки с лопас тным отбойным валом и защитным храповым механизмом в связи с увеличением интенсивности процесса выносной сепарации появляется возможность повышения рабочей скорости движения агрегатов при уборке с 4,2 до 4,5 км/ч, которое позволяет увеличить производительность работы с 0,38 до 0,43 га/ч соответственно, а коэффициент использования времени смены повысить с 0,61 до 0,68.

6. Картофелеуборочная машина с усовершенствованным органом выносной сепарации применялась в 2011...2013 г. в ООО «Агрофирма «Усадьба» Клепиковского района Рязанской области, за этот период было убрано более 105 га картофеля. Определено, что суммарный экономический эффект от использования на картофелеуборочной машине AVR 220 ВК Variant усовершенствованного органа выносной сепарации на 40 га картофеля составляет 381880,65 руб. в год или 9547,02 руб. в расчете на 1 га.

Положения диссертации и полученные результаты отражены в основных публикациях:

Статьи в рецензируемых журналах, рекомендуемых ВАК РФ

1. Взаимосвязь характеристик повреждаемости клубней с параметрами технического состояния сельскохозяйственной техники в процессе производства картофеля / Г.К. Рембалович, И.А. Успенский, В.А. Павлов и др. // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2011. - №10(074). С. 596-606. -Шифр Информрегистра: j 0421100012\0428, IDA [article ID]: 0741110053. -Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2011/10/pdf/53.pdf.

2. Технологическое и теоретическое обоснование конструктивных параметров органов вторичной сепарации картофелеуборочных комбайнов для

работы в тяжелых услови и др. // Вестник ФГБОУ В 3: Повышение

ix [Текст] / Н.В. Бышов, И.А. Успенский, В.А. Павлов ПО РГАТУ. - 2012. - №4. - С. 87-90. эксплуатационно-технологических показателей

транспортной и специальной техники на уборке картофеля / Г.К. Рембалович, Н.В. Бышов, В.А. Павлов и др. // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. — Краснодар: КубГАУ, 2013. - №04(088). С. 509-518. - IDA [article ID]: 0881304034. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2013/04/pdf/34.pdf.

Статьи в других изданиях

4. Павлов, В.А. Повышение надежности органов вторичной сепарации картофелеуборочных машин / В.А. Павлов, Д.Н. Бышов, И.А. Успенский // Проблемы экономичности и эксплуатации автотракторной техники в АПК : материалы Межгосударственного научно-технического семинара, посвященного памяти В.В. Михайлова. — Саратов, 2011. - Вып. 24. - С. 6-10.

5. Павлов, В.А. Повышение надежности и эффективности функционирования картофелеуборочной техники в тяжелых условиях работы посредством модернизации сепарирующих рабочих органов / В.А. Павлов, A.B. Паршков, Г.К. Рембалович, И.А. Успенский // Наука и образование XXI века : материалы VII-й Международной научно-практической конференции. — Рязань, 2013.-С. 176-181.

6. Павлов, В.А. Инновационные технические решения для технологий машинной уборки картофеля в тяжелых эксплуатационных условиях / В.А. Павлов, И.А. Успенский, С.Н. Борычев, Г.К. Рембалович, A.B. Паршков / Переработка и управление качеством сельскохозяйственной продукции : доклады Международной научно-практической конференции 21-22 марта 2013 г. - Минск: БГАТУ, 2 )13. - С. 222-224.

7| Павлов, В.А. Аяализ технологий и средств для предварительного удаления ботвы при м лшиной уборке / В.А. Павлов, Г.К. Рембалович, И.А. Успенский // Актуальные проблемы их и инновационные решения в АПК : материалы научно-практической конференции. - Рязань: РГАТУ, 2010. - С. 132137.

8. Павлов, В.А. Перспективный орган выносной сепарации с лопастным отбойным валиком / В.А. Павлов, Р.В. Безносюк, Г.К. Рембалович, И.А. Успенский // Интеграция науки с сельскохозяйственным производством : материалы научно-практической конференции, посвященной деятельности Университетского комплекса в Рязанской области. - Рязань: РГАТУ, 2011. -С. 54-57..

9. Павлов, В.А. Перспективный орган вторичной сепарации / В.А. Павлов, A.A. Голиков, Г.К. Рембалович, И.А. Успенский // Сборник научных работ студентов РГАТУ : материалы научно-практической конференции 2011 г. -Том 1. - Рязань: ФГОУ ВПО РГАТУ, 2011. - С. 252-255.

10. Павлов, В.А. Усовершенствованный сепарирующий элеватор картофелекопателя / В.А. Павлов, Д.А. Волченков, Г.К. Рембалович, И.А.Успенский // Сборник научных работ студентов ФГБОУ ВПО РГАТУ : материалы научно-практической конференции. - Рязань: РГАТУ, 2011. - С. 278281.

П.Павлов, В.А. Усовершенствованная разделительная горка картофелеуборочных комбайнов / В.А. Павлов, Р. В Безносюк, Г.К. Рембалович, И.А. Успенский, Д.Н. Бышов // Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе : материалы VI Российской научно-практической конференции. - Ставрополь, 2011. - С. 108-112.

12. Павлов, В.А. Инновационное сепарирующее устройство для картофелеуборочных машин // Инновационные методы решения научных и технологических задач Рязанской области : тезисы докладов региональной конференции молодых ученых. — Рязань, 2013 — С. 79-83.

13. Рембалович, Г.К. Энергоэффективный сепаратор картофелеуборочных машин / Г.К. Рембалович, И.А. Успенский, Р.В. Безносюк, В.А. Павлов // Сборник научных трудов преподавателей и аспирантов Рязанского ГАТУ: материалы научно-практической конференции 2012 г. - Рязань: ФГБОУ ВПО РГАТУ, 2012,- С. 23-26

Патенты

14. Пат. 2454850 Российская Федерация, МПК A01D. Устройство для отделения корнеклубнеплодов от примесей [Текст] / Павлов В. А., Рембалович Г.К., Безносюк Р.В., Бышов Н.В., Паршков A.B., Успенский И.А., Борычев С.Н.; заявитель и пантентообладатель Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А.Костычева» (RU). - № 2011105511 ; заявл. 14.02.2011 ; опубл. 10.07.2012, Бюл. № 19. - 12 с.: ил.

Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печать лазерная Усл. печ. л.1 Тираж 100 экз. Заказ№1127 подписано в печать 16.05.2014 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А.Костычева» 390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1 Отпечатано в издательстве учебной литературы и учебно-методических пособий ФГБОУ ВПО РГАТУ 390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А.Костычева»

На правах рукописи

04201460205

ПАВЛОВ ВИТАЛИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНЫХ МАШИН ЗА СЧЕТ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

СИСТЕМЫ ВЫНОСНОЙ СЕПАРАЦИИ

Специальность: 05.20.01 - «Технологии и средства механизации

сельского хозяйства»

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

кандидат технических наук Юхин И.А.

Рязань, 2014

Л/

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................5

ГЛАВА I. Состояние вопроса. Задачи исследований..................................12

1.1. Анализ современных технологий и средств механизированной уборки картофеля..........................................................................12

1.2. Анализ процесса сепарации и технологических схем картофелеуборочных машин, эксплуатирующихся

в хозяйствах Российской Федерации..................................................14

1.3. Анализ конструктивных особенностей и параметров сепарирующих горок........................................................................37

1.4. Задачи исследований..............................................................54

1.5. Выводы..................................................................................55

ГЛАВА 2. Теоретические исследования рабочего органа выносной

сепарации.....................................................................................56

2.1. Описание конструкции сепарирующего рабочего органа....................56

2.2. Анализ условий и принципов разделения компонентов

органами вторичной сепарации..........................................................60

2.3 Обоснование конструктивных параметров сепарирующего

рабочего органа...............................................................................68

2.4. Выводы....................................................................................82

ГЛАВА 3. Лабораторные исследования эффективности

функционирования усовершенствованного органа выносной

сепарации картофелеуборочных машин......................................................84

3.1. Программа лабораторных исследований..........................................84

3.2. Объект исследований и применяемое оборудование.........................84

3.3. Методика лабораторных исследований и обработки опытных

данных........................................................................................89

3

3.4. Результаты исследований эффективности функционирования органа выносной сепарации с лопастным отбойным

валиком (усовершенствованным клубнеотражателем)............................100

3.5. Выводы..................................................................................105

ГЛАВА 4. Полевые исследования эффективности

функционирования картофелеуборочных машин с усовершенствованным органом выносной сепарации................................................................107

4.1. Исследования физико-механических свойств культуры

картофеля...................................................................................108

4.1.1. Объект исследований физико-механических свойств

культуры картофеля...............................................................108

4.1.2. Методика исследований физико-механических свойств культуры картофеля...............................................................108

4.1.3. Результаты исследований физико-механических свойств культуры картофеля на поле.....................................................113

4.2. Полевые исследования и испытания картофелеуборочных

машин.......................................................................................116

4.2.1. Методика проведения исследований.....................................119

4.2.2. Результаты исследований и хозяйственных испытаний эффективности функционирования картофелеуборочных машин.....122

4.3. Выводы...............................................................................124

ГЛАВА 5. Технико-экономическая эффективность применения

сепарирующей горки с лопастным отбойным валиком на картофелеуборочных

машинах.................................................................................................................125

5.1. Стоимость изготовления и модернизации устройств........................125

5.2. Экономический эффект от снижения эксплуатационных затрат..........128

5.3. Экономический эффект от снижения повреждений и потерь клубней... 134

5.4. Выводы................................................................................136

ч

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ............................................................................137

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК..................................................... 139

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

ВВЕДЕНИЕ

В мировом сельском хозяйстве за последние 45 лет картофель стал наиболее перспективной сельскохозяйственной культурой. Картофель - превосходный продукт питания. Благодаря высокому содержанию углеводов и, прежде всего, крахмала картофель в значительной мере восполняет потребность человека в калориях. Биологически ценным продуктом его делает высокое содержание минеральных солей, железа и витаминов. Исходя из этого, можно сделать вывод, что значение картофеля в питании человека в будущем не только не снизится, а наоборот, возрастет. Производство данной культуры во всем мире растет быстрыми темпами [8, 100, 127, 145], что обусловлено ежегодно увеличивающимся спросом на данную культуру.

Значительное влияние на товарные качества картофеля оказывает процесс уборки [10, 100, 119]. Несовершенство рабочих органов картофелеуборочной техники приводит к снижению товарных качеств продукта и нарушению агротехнических требований. Осенний период уборки ужесточает требования, предъявляемые к надежности и эксплуатационно-технологическим свойствам картофелеуборочной техники. Погодные условия данного времени года бывают настолько сложными, что техника не справляется с поставленными задачами [18, 12, 19, 88, 99, 100].

Вследствие несовершенства технологии уборки картофеля хозяйства получают фактическую урожайность меньше планируемой. В связи с этим необходимо повышать эффективность сельскохозяйственного производства не только за счет возделывания высокоурожайных сортов культур, но и посредством совершенствования технологи возделывания и уборки с использованием современных средств механизации. Трудозатраты на уборку картофеля составляют 50...75 % от общих трудо- и энергозатрат. Снижение их возможно с применением современных технологий и сельскохозяйственных машин [83, 100, 123, 125], обеспечивающих полное выполнение агротехнических требований [17, 33, 41, 42, 51, 56, 83, 97, 100, 119].

£

Работа картофелеуборочных машин в различных почвенно-климатических условиях показывает, что они в должной мере не удовлетворяют этим требованиям [14,23,49,60,64,83,100]- Сравнительные испытания картофелеуборочных машин, проведенные на различных машиноиспытательных станциях России, показали, что полностью агротехнические требования по чистоте клубней в таре во всем диапазоне условий использования ни один из испытываемых образцов не выполнил, а наилучшие показатели достигались лишь при увеличении численности рабочих на переборочных устройствах [23, 58, 65, 83, 100, 108].

Таким образом, наиболее актуальным направлением совершенствования картофелеуборочных средств механизации, является совершенствование сепарирующих рабочих органов картофелеуборочных машин, в частности, органов выносной сепарации [26, 28, 56, 67, 71, 83, 100, 101].

Одними из основных органов выносной сепарации в технологических схемах большинства картофелеуборочных комбайнов являются сепарирующие горки. Они с установленными над рабочей поверхностью клубнесбрасывающим устройством [23, 53, 83, 100, 109] получили наибольшее распространение вследствие относительной простоты конструкции при высоких агротехнических показателях сепарации и надежности. Но зачастую ни одна из конструкций сепарирующих горок, применяемых на современных картофелеуборочных машинах, не обеспечивает эффективного выполнения агротехнических требований в разных условиях уборки, что подтверждено результатами испытаний [23,32,53,62,83,100,121]. В связи с этим требуется их совершенствование и разработка клубнесбрасывающих устройств соответствующих требованиям максимальной производительности при низких значениях повреждений и потерь корнеклубнеплодов, а также высокой чистоте клубней в таре [83,100].

В результате теоретических и экспериментальных исследований нами автора разработано устройство выносной сепарации картофелеуборочных машин — продольная пальчатая горка с активным лопастным отбойным валиком,

г

снабженным защитным храповым механизмом. Получен патент РФ на изобретение № 2454850 «Устройство для отделения корнеклубнеплодов от примесей» от 10.07.12. (Приложение 1)[86].

Модернизация устройства выносной сепарации картофелеуборочных машин проводилась с 2010 по 2013 гг. на кафедре «Техническая эксплуатация транспорта» автодорожного факультета федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А.Костычева».

Актуальность работы. Производство картофеля с использованием машинных технологий является перспективным направлением развития мирового агропромышленного комплекса. Основные трудо- и энергозатраты (до 60% и более) за период возделывания приходятся на уборку урожая. В РФ наибольшее распространение получила поточная технология уборки с применением картофелеуборочных комбайнов и транспортных средств. Из-за сложных почвенно-климатических условий России машины не обеспечивают полного выполнения агротехнических требований. В результате потери и повреждения клубней оказываются довольно велики, что сказывается на ухудшении товарности продукции и, как следствие, снижении стоимости ее реализации. Снижение потерь и повреждений клубней возможно за счет применения новых машинных технологий и сельскохозяйственной техники, отвечающей всем агротехническим требованиям, предъявляемым к уборочным машинам [22, 83, 93, 97, 98, 100, 113, 117].

Одним из наиболее актуальных направлений совершенствования средств механизации, предназначенных для уборки картофеля, является совершенствование сепарирующих рабочих органов,, картофелеуборочных машин, в частности, органов выносной сепарации.

Сепарирующие горки являются основными органами выносной сепарации в технологических схемах большинства картофелеуборочных комбайнов. Однако практически ни одна из существующих конструкций сепарирующих

г

горок не обеспечивает достаточно полного выполнения агротехнических требований, что подтверждено результатами испытаний. Поэтому необходимо дальнейшее их совершенствование и разработка клубнесбрасывагащих устройств, которые соответствовали бы требованиям максимальной производительности при низких значениях повреждений и потерь корнеклубнеплодов и высокой чистоте клубней в таре, что является важной народно-хозяйственной задачей[83,100].

Работа выполнена по плану НИОКР ФГБОУ ВПО РГАТУ на 2010...2015гг. по теме №7 «Совершенствование технологий, разработка и повышение надежности технических средств возделывания, уборки, транспортировки и хранения сельскохозяйственных культур в условиях ЦФО РФ» (№ гос. регистрации 01201174432) в рамках раздела 7.2. «Совершенствование технологий, разработка и повышение надежности технических средств уборки, транспортирования и хранения картофеля в условиях сельскохозяйственных предприятий Рязанской области».

Цель исследований. Повышение эффективности функционирования сепарирующей горки картофелеуборочных машин, обеспечивающей удаление почвенных и растительных примесей при уровне повреждений и потерь клубней картофеля, который соответствует агротехническим требованиям.

Задачи исследований:

1) обобщить результаты научных исследований органов вторичной сепарации картофелеуборочных машин и выявить перспективное направление исследований;

2) разработать конструкцию сепарирующей горки с целью повышения эффективности ее функционирования;

3) теоретически и экспериментально обосновать рациональные параметры усовершенствованной сепарирующей горки;

4) определить экономическую эффективность применения картофелеуборочных машин с усовершенствованной сепарирующей горкой.

Объекты исследования. Картофелеуборочные машины, рабочий орган

3

выносной сепарации картофелеуборочных машин, сепарирующая прямоточная пальчатая горка.

Предмет исследования. Теоретические и экспериментальные закономерности процесса выносной сепарации в картофелеуборочных машинах.

Методика исследований. Теоретические исследования выполнены на основе положений, законов и методов теоретической механики и математического анализа с использованием ПК, в том числе с использованием программы МаШСАБ 14.0. Обоснование кинематических и конструктивных параметров, расчет эксплуатационных показателей органа выносной сепарации проводились как по известным, так и по разработанным оригинальным методикам. Экспериментальные исследования агротехнических показателей работы усовершенствованной сепарирующей горки выполнены с использованием теории планирования многофакторного эксперимента. Обработка результатов исследований проведена методами математической статистики. При полевых испытаниях оценка эксплуатационно-технологических показателей картофелеуборочных машин проводилась согласно ГОСТ 20915-75, ГОСТ 28713-90, ГОСТ Р 52778-2007 и СТО АИСТ 8.5 - 2010.

Научная новизна:

1) математическая модель процесса сепарации картофельного вороха новым рабочим органом, позволяющая определять параметры усовершенствованного сепарирующего устройства;

2) зависимость потерь клубней от конструктивных параметров разработанного устройства;

3) зависимость повреждений клубней от конструктивных параметров разработанного устройства;

4) зависимость полноты отделения примесей от конструктивных параметров разработанного устройства.

Практическая значимость работы.

1. Оригинальная конструктивно-технологическая схема органа выносной сепарации, обеспечивающая повышение разделения компонентов картофельного

/О

вороха и снижение повреждений клубней, которая состоит из продольной пальчатой горки с лопастным отбойным валиком, снабженным защитным храповым механизмом (патент РФ на изобретение № 2454850, опубл. 10.07.2012, Бгол. № 19).

2. Результаты оценки агротехнических показателей работы картофелеуборочных машин, оснащенных органом выносной сепарации с лопастным отбойным валиком.

3. Оценка технико-экономической эффективности применения картофелеуборочных машин, оснащенных органом выносной сепарации с лопастным отбойным валиком.

Реализация результатов исследовании.

На основании проведенных исследований изготовлены усовершенствованные устройства выносной сепарации картофелеуборочных машин, успешно прошедшие полевые испытания в 2011...2013 гт. на полях Клепиковского района (Приложение 2) Рязанской области на общей площади более 105 га. Материалы исследований переданы в ООО «Агрофирма «Усадьба».

Достоверность основных положений работы подтверждена сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований (расхождение не более 5%) и положительными результатами хозяйственных испытаний.

Основные положения, выносимые на защиту:

1) теоретическое обоснование параметров органа выносной сепарации;

2) результаты лабораторных исследований агротехнических показателей усовершенствованной сепарирующей горки;

3) результаты полевых испытаний картофелеуборочных машин с усовершенствованным рабочим органом выносной сепарации;

4) технико-экономическая оценка применения разработанного устройства на картофелеуборочных комбайнах.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и обсуждены на международной студенческой научно-практической конференции Курской ГСХА (2010 г.); научных конференциях профессорско-

//

преподавательского состава, аспирантов и студентов ФГБОУ ВПО РГАТУ (2010...2014 гг.); II и III этапах Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых Высших учебных заведений Министерства сельского хозяйства РФ в номинациях «Агроинженерия» и «Технические науки» в 2011 г. и 2012 г. соответственно (г. Рязань и г. Саратов); официальном проекте Национальной ассоциации инноваций и развития информационных технологий «Кулибин» (2011 г.); VI Российской научно-практической конференции «Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе (2011 г.) г. Ставрополь; межгосударственном научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации автотракторной техники в АПК» (2011 г.) г. Саратов; первой итоговой конференции молодых инноваторов по программе «УМНИК» в Рязанской области (2013 г.) г. Рязань; международной научно-практической конференции «Переработка и управление качеством сельскохозяйственной продукции» (2013 г.) г. Минск; VI международной научно-практической конференции «Наука и образование XXI века» (2014 г.) г. Рязань.

Публикации. По теме диссертационной работы получен 1 патент РФ на изобретение, опубликовано 13 печатных работ, в том числе: 3 — в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ; 3 — в международ�