автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности механизированных процессов производства картофеля в зоне Урала путем совершенствования технических средств для ресурсосоемких технологических операций

На правах рукописи

ОХОТНИКОВ Борис Лазаревич-—,

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА КАРТОФЕЛЯ В ЗОНЕ УРАЛА ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ РЕСУРСОЕМКИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Челябинск

-2009

003489974

Работа выполнена на кафедрах «Эксплуатация машинно тракторного парка» федеральных общеобразовательных учреждени высшего профессионального образования «Уральская государствен ная сельскохозяйственная академия» и «Челябинская государствен ная агроинженерная академия».

Научный консультант: заслуженный работник высшей школы

РФ, доктор технических наук, профессор Дорохов Аркадий Порфирьевич ■

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

Капов Султан Нануовнч

доктор технических наук, профессор Давлетшин Мударис Мубаракшаиовнч

доктор технических наук, профессор Костюченков Николай Васильевич

Ведущая организация Южно-Уральский научно-исследоватеяь-

ский институт плодоовощеводства и картофелеводства (ЮУНИИПОК)

Защита состоится «42.» февраля 2010 г., в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.069.01 при ФГОУ ВПО «Челябинсхая государственная агроинженерная академия» по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 75.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия».

Автореферат разослан «25 » декабря 2009 года и размещен на официальном сайте ВАК Минобрнауки России http://vak.ed.gov.ru.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Басарыгина Е. М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Программы развития подотрасли производства картофеля, перевода его на индустриальную основу разрабатываются в многих областях и краях. Тормозом индустриализации производства является сокращение числа крупных производителей картофеля, при росте объемов производства фермерскими и личными подсобными хозяйствами, где трудозатраты в пять и более раз выше, чем в специализированных предприятиях с индустриальной технологией производства. В некоторых муниципальных образованиях основной удельный вес производства картофеля (до 90%) приходится на индивидуальные и личные подсобные хозяйства.

Отсутствие во многих хозяйствах системы машин для комплексной механизации производства картофеля и рациональной системы перемещения продукции от поля до потребителя обусловливает большой недобор продукции и высокие трудозатраты.

Мировой опыт свидетельствует об эффективности укрупнения предприятий, занимающихся производством картофеля. В США фермы, выращивающие картофель на площадях 100 и более гектаров, производят свыше 70% его валового производства.

Анализ показал, что затраты труда механизаторов на междурядной обработке посадок, уборке картофеля копателем, транспортировке урожая в три раза превышают средние значения по технологии, а суммарные эксплуатационные затраты средств на посадке, уборке и закладке на хранение превышают средние значения в 2,0-2,5 раза.

На основании раскрытия причинно-следственной связи составляющих производства картофеля центральная гипотеза исследования сформулирована следующим образом: повышение эффективности производства картофеля возможно путем совершенствования наиболее затратных (пиковых по величине относительно других) составляющих технологии производства и технических средств по ее реализации на основе формирования профиля клубненесущего слоя, исключающего уплотнение его в период ухода за посадками, повышения степени механизации погрузочных работ и проходимости транспортных агрегатов.

Работа выполнена согласно заданию 16.06 и заданию 0.СХ.108 «Разработать и внедрить комплекс мероприятий по повышению эффективности использования ...тракторов, автомобилей, сельскохозяйственных машин для Нечерноземной зоны РСФСР», программе

«Нечерноземье», областным комплексным программам развития производства картофеля.

Цель работы. Повышение эффективности производства картофеля путем совершенствования состава, технико-технологических параметров и эксплуатационных характеристик технологических комплексов с учетом почвенно-климатических условий производства.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели и подтверждения выдвинутой гипотезы в работе решались следующие задачи.

1. Провести системный анализ технологии возделывания картофеля с учетом зональных особенностей и определить пути совершенствования технических средств для ресурсоемких технологических операций.

2. Обосновать агротехнические и технологические факторы, влияющие на формирование профиля клубненесущего слоя (КНС), и разработать методику его проектирования.

3. Разработать рабочие органы для формирования КНС и комплекс технических средств по возделыванию картофеля с учетом почвенно-климатических условий.

4. Обосновать параметры разработанных технических средств и определить эксплуатационные характеристики комплекса машин для возделывания и транспортирования картофеля в условиях производства.

5.Разработать рекомендации по формированию и использованию комплекса технических средств по производству картофеля применительно к почвенно-климатическим условиям Среднего Урала. Выполнить технико-экономическую оценку комплекса машин для реализации технологий.

Объект исследования. Механизированные процессы возделывания и транспортирования картофеля.

Предмет исследований. Закономерности функционирования технических средств и их элементов при реализации технологических процессов возделывания и перемещения картофеля с учетом факторов, оказывающих влияние на технико-экономические показатели объектов исследования.

Научная новизна. Разработана методология и выполнена оценка значимости факторов, влияющих на ресурсоемкость производства картофеля в условиях Среднего Урала.

На основе агротехнических требований предложена и апробирована методика формирования профиля клубненесущего слоя, адаптированная к конкретным почвам и производственным условиям региона.

На основе теоретических исследований усовершенствованы рабочие органы для формирования клубненесущего слоя в виде гряды путем сближения гребней с одновременной междурядной обработкой, позволяющие обеспечить рациональную высоту профиля КНС и создать технологическую колею, проведена экспериментальная оценка технологии в производственных условиях Среднего Урала.

Создан и апробирован в производственных условиях агрегат, формирующий в процессе междурядной обработки посадок картофеля гряду (технологическую колею), что позволяет снизить уплотнение клубненесущего слоя последующими операциями и повысить технико-экономические показатели (ресурсоемкость) технологии производства картофеля.

Установлены рациональные параметры и оптимальные технологические режимы комбинированного технологического агрегата для конкретных условий эксплуатации Среднего Урала, позволяющие повысить технико-экономические показатели его работы.

Разработаны мероприятия и технические средства по снижению ресурсоемкое™ транспортного обеспечения перевозки урожая картофеля.

Разработана конструкция мягкого оборотного контейнера (МОК) для упаковки картофеля при уборке, оптимизирована его грузовместимость, предложены строповочные устройства для работы с ним.

Исследован процесс перераспределения нагрузки между осями агрегата (тракторного прицепа и трактора) при использовании ГСВ, установлены зависимости нагрузок от давления в системе и конструктивных параметров агрегата, позволившие разработать технические средства повышения проходимости транспорта в сложных условиях движения.

Разработаны и апробированы в производственных условиях рекомендации по использованию предлагаемых конструкций.

Предложена методика оценки комплекса технических средств по производству картофеля, позволяющая установить наиболее ресурсоемкие операции и в результате их совершенствования минимизировать затраты на их выполнение в заданных условиях производства.

Практическая ценность и реализация результатов

исследований

Оптимизированы параметры технических средств, определены состав и структура комплексов машин по возделыванию картофеля, адаптированные к конкретным почвенно-климатическим условиям, позволяющие снизить ресурсоемкость технологического процесса его производства.

Разработаны рабочие органы и усовершенствованы машины по формированию клубненесущего слоя при возделываний картофеля для условий Среднего Урала, позволяющие улучшить условия вегетации и уборки урожая.

Разработаны и апробированы в производственных условиях средства механизации погрузочно-разгрузочных работ при уборке картофеля в конкретных почвенно-климатических условиях Среднего Урала, позволяющие повысить проходимость транспортных агрегатов и обеспечивающие своевременность вывоза урожая с поля, особенно в неблагоприятных условиях работы.

Научно-техническим советом министерства сельского хозяйства Свердловской области принято решение о внедрении результатов исследований в производство. Решением исполнительного комитета Свердловского областного совета народных депутатов №94 от 05.03.1987 года поставлена задача изготовить для предприятий области 95 тысяч МОК.

Решением проблемного совета от 12.02.1982 года по выполнению задания 16.06 и задания 0.СХ.108 «Разработать и внедрить комплекс мероприятий по повышению эффективности использования тракторов, автомобилей, сельскохозяйственных машин для Нечерноземной зоны РСФСР» одобрены разработки Свердловского СХИ по внедрению в производство комбинированных агрегатов и средств повышения проходимости тракторных транспортных агрегатов.

Результаты исследований одобрены и рекомендованы к внедрению научно-техническим советом Межрегионального комитета по сельскохозяйственному машиностроению Ассоциации экономического взаимодействия областей и республик Уральского региона 08.04.2007 г.

Отдельные разработки внедрены в производство предприятиями Свердловской области, в том числе совхозами «Криулинский», «Хромцово», «Косулинский», СПК «Первоуральский», Бисертским заводом сельскохозяйственных машин, а также фермерскими хозяй-

ствами. Результаты исследований используются в учебном процессе ФГОУ ВПО «Уральская государственная сельскохозяйственная академия» и ФГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет».

Апробация работы. Основные положения результатов исследования докладывались на совещании отделения ВАСХНИЛ по НЗ РСФСР (1982 г.), научно-техническом совете министерства с.х. Свердловской области (1984 г.), научных конференциях УралНИИС-ХОЗа (1985 г.), на международных, республиканских и региональных научных конференциях Челябинского государственного агроинже-нерного университета (1966 - 2007 гг.), Уральской государственной с.-х. академии (1966 - 2007 гг.), Белорусской с.-х. академии (1972 г.) и других.

Публикации. По результатам исследований опубликованы три монографии, более 50 научных работ и рекомендаций, изданных в центральных и региональных журналах, сборниках научных работ в различных издательствах. Восемь разработок по теме признаны изобретениями, на которые получены авторские свидетельства и патенты.

Структура н объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка использованной литературы, включающего в себя 251 наименование, и 43 приложений. Общий объем работы составляет 273 стр., включая 15 таблиц и 83 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность исследования, перспективность производства картофеля, необходимость повышения эффективности его возделывания и уборки.

В первой главе «Проблемы производства картофеля. Практическая и научная актуальность совершенствования средств механизации» приведены результаты анализа состояния производства с точки зрения социальной потребности, ресурсосбережения и продовольственной безопасности. Показано соответствие разрабатываемой темы отраслевым направлениям НИР.

Совершенствованию технологий и средств производства картофеля посвящено научные и экспериментальные работы Н.И. Верещагина, В.И. Виноградова, А.П. Дорохова, А.И. Замотаева, Ю.П. Ковы-

рялова, Ю.Л. Колчинского, Г.В. Корнева, В.М. Кряжкова, А.Е.Кузнецова, P.M. Латыпова, В.М. Лубенцова, В.Г.Николаева, К.А.Пшеченкова, В.И.Старовойтова, В.В.Тульчеева и других.

Анализ работ показал, что существующее положение в производстве картофеля не отвечает современным требованиям. По данным Г.Г. Косачева и В.В. Тульчеева затраты труда на производство клубней в коллективных предприятиях в 2,1-2,8 раза выше таковых при производстве зерна. Несмотря на высокие затраты, урожайность картофеля остается низкой по многим причинам. Одной из причин яв-ляяются отсутствие комплекса технических средств по реализации технологий и их неудовлетворительные показатели в реальных условиях.

Выходом из создавшегося положения является внедрение ресурсосберегающих технологий, адаптированных для конкретных условий возделывания. Для реализации этого направления производство должно быть обеспечено высокопроизводительной техникой, приспособленной для работы в зональных почвенно-климатических условиях. Решение проблемы возможно при переходе от совершенствования отдельных звеньев производства к комплексному решению проблем по всей технологической линии.

Наибольшее распространение в мире по профилю клубненесуще-го слоя получили гребневая и грядовая технологии возделывания картофеля. Гребневая применяется под названиями Заворовская, Голландская и другие. Грядовая (грядово-ленточная) технология находит применение на Дальнем Востоке, в Тверской, Омской, Московской и других областях. Совершенствованием технологий и технических средств занимались или занимаются ВНИИКХ, ВИМ, ВИСХОМ, ЦНИИМЭСХ, УНИИМЭСХ, ЧИМЭСХ-ЧГАУ, ВНИИМЗ, НИПТИМЭСХ НЗ РСФСР, АгроНИИТЭИИ ТО, УралНИИСХ, Ур-ГСХА и другие организации.

На основе изучения состояния производства определено направление в совершенствовании технологии - возделывание картофеля по грядово-ленточной технологии с обработкой почвы по голландской технологии.

Анализ составляющих производства показал, что изучение и решение проблемы совершенствования технологических операций и технических средств по их реализации возможны только на основе системного подхода. Решение проблемы заключается в установлении наиболее ресурсоемких составляющих системы, в том числе технологических операций, машин и их рабочих органов.

Вторая глава «Методологические основы проектирования механизированных технологий и технических средств по производству картофеля» посвящена решению проблемы повышения эффективности составляющих комплекса машин по производству картофеля на основе учета взаимодействия различных факторов в рамках системного подхода. Одна из основных задач системного анализа -объединять математические и неформальные методы анализа, строгие способы исследования формализованных моделей с экспериментом, эвристическими приемами.,

Методология исследования составляющих первого уровня базируется на технических науках. В разрабатываемой теме наибольшее значение для первого уровня имеют вопросы, связанные с исследованиями рабочих органов для выполнения отдельных технологических операций.

Объектом исследования составляющих второго уровня являются технологические операции. Эта часть является подсистемой сложной системы - технологии и средства механизации возделывания и уборки картофеля.

Третий уровень включает в себя производственные процессы. Их разнообразие (многомерность) влияет на эффективность системы не всегда адекватно. Четвертый уровень представляет собой сложную надсистему, включающую системы нижнего уровня. А исследуемая система - комплекс МТА, обеспечивающих реализацию технологии, является частью метасистемы, которую можно рассматривать как обеспечение производства видов продукции. Разработана декомпозиция цели системы с позиций эвристического подхода.

Для условий Среднего Урала, где преобладают почвы в виде средних и тяжелых суглинков и уборка ведется при высокой влажности, требуется создать и сохранить структуру почвы, обеспечивающую комбайновую уборку. Для этого целесообразно выполнить фрезерование почвы до посадки и исключить уплотнение клубненесущего слоя ходовым аппаратом агрегатов при обработке посадок. Эффективность представленных на рисунке мероприятий должна быть оценена обоснованными критериями.

Анализ методик оценки эффективности применения технологических комплексов машин по возделыванию сельскохозяйственных культур позволил обосновать критерии оценки в соответствии с задачами, поставленным для реализации цели (тематики) исследований.

Применительно к конкретным условиям (первый и второй уровни системы) целесообразно использовать такие критерии, как урожайность картофеля, затраты труда и средств на производство продукции и единицу площади, производительность агрегатов, потери продукции, показатели качества работы и др.

Многие исследователи в качестве критерия эффективности используют размер прибыли от разрабатываемых мероприятий. При дефиците трудовых ресурсов на первое место ставят затраты труда.

Критерий прибыли имеет вид

П = Сп -К3-> max (1)

где Сп - стоимость произведенной работы или продукции (выручка от реализации), руб.; К3 - комплексные затраты на технологический процесс.

Стоимость произведенной продукции связана с политикой ценообразования, с предложениями и спросом на продукцию и не является предметом исследований технических наук.

Предметом исследований является составляющая комплексных затрат на обеспечение технологического процесса. В связи с тем, что эти затраты включают в себя ряд разнородных составляющих, меняющихся при воздействии многих факторов, для оптимизации некоторых действий в научном плане при использовании динамических процессов применяют уравнение вида

Я' = f(x,t,u), (2)

где выбор функций u(x,t) выполняет субъект. Вектор u(t,x) - управление, которое выбирается из условия некоторой цели. Использование данной модели применимо для перевода объекта (затрат) из одного состояния в другое, т. е. из состояния

х(0) = х0, (3)

в состояние

х(Т) = хт. (4)

При этом затраты должны быть минимизированы, т. е.

т

jF(x,u, t)dt —> min _

о

В связи с тем, что динамический процесс анализа включает затраты труда и средств, между ними может наблюдаться конфликтная ситуация с соответствующими управлениями. Тогда вектор производимой продукции (работы)

A = f(x,u). (5)

Управления рекомендуют выбирать из условий вида

с II

JFj (х, u)dc -> min . |F2 (х, u)dh -> min.

о о

Каждое из них отражает важность и первоочередность реализации составляющих системы. Поскольку предпочтение того или иного управления не может быть формализовано на данный момент, необходимо решение вопроса отнести на результаты экспертизы. Проблема должна быть разбита на отдельные простые составляющие. В исследовании для декомпозиции принят метод дерева целей.

Согласно методике, если событие S является заключительным, то требуется перечислить события Sb S2,..., Sk, от выполнения которых зависит состояние события S. Событие Si может выражать эксплуатационные затраты, S2 - затраты на материалы и т. д.

Тогда событие Sf определится как Sf = f(Sj S2, ... , Sk), где f-функция от переменных Sj. В простейшем случае событие Sf состоит в изменении событий Si, S2 ...Sk. Применительно к возделыванию картофеля функция f имеет более сложную структуру. Основная задача экспертизы состоит в том, чтобы определить условное значение события S в результате состояния события Sf В результате экспертизы состава отдельных технологических операций получаем функцию С^:

s«r£c, (6)

о

При достаточно сложном событии Qo необходимо перейти к следующему шагу. Для события С/ следует указать события (С^), от наступления которых зависит значение события С„ затем ввести событие Sf при событиях Sjj. При невозможности оценить очередное событие (ступень) следует продолжать процесс расчленения. В результате получаем некоторое дерево событий (рисунок 1).

В качестве экспертных оценок использованы математические модели. При этом разделении сложной задачи на цепочку более простых использован эвристической подход. Комплексные (эксплуатационные) затраты на производство механизированных работ (уровень АО определяются по формуле

(l + AinJ-ZBj.Nj

кз =Z££Cikt ■Nikt+IarBj-Nj + CM+-—j-+Н, (7)

i k t j ij

где С,к! - затраты на ьй агрегат при выполнении к-й работы в период V, - количество ¡-х МТА на к-й работе в 1-й расчетный период; а] -коэффициент отчисления на реновацию ]-й машины; Бз - балансовая стоимость машины, руб; ^ - количество ]-х машин, необходимых для выполнения объема работ; - количество машин в агрегате; См -затраты на оплату труда; Акпн - ставка корпоративного подоходного налога, Акга1 = 0,1; Т, — срок службы машины; Н - налоги на землю, имущество и др.

Рисунок 1 - Дерево событий производства картофеля: А - уровень затрат по категориям; Б — суммарные эксплуатационные затраты по агрегатам; В - эксплуатационные затраты по отдельным техническим средствам

Затраты, связанные с использованием ¡-го МТА за период 1 на к-й работе(уровень Б1)

С,к, = + С3 + Стсм + Спр>\¥|кг-Д, руб./ч (8)

где С, _ затраты на ТО и ремонты по 1-й машине, к-му агрегату и на г-й работе, руб./га; >1м - количество машин в агрегате; С3 - затраты на оплату труда, руб/га; Стсм - затраты на топливо и смазочные материалы, руб./га; Спр - прочие затраты на основные и вспомогательные ма-

териалы (семена, удобрения, ядохимикаты и др.), руб/га; \Vitr - производительность мю МТА на г-й работе, га/ч; Д - затраты времени на выполнение работ, ч.

Затраты на оплату труда

нк^-трк

Сз = —-——-, руб./га (9)

где Кь К2 - коэффициенты начисления на зарплату; КН1С - коэффициент, учитывающий надбавки; Мтрк,Мвк - количество механизаторов и вспомогательных рабочих на к-м агрегате; ^^ - сменные ставки тракториста и вспомогательных рабочих; - сменная производительность МТА, га/см.; п - количество МТА.

Затраты на топливо и смазочные материалы (уровень В!)

Схем = ЦЧк'Цю руб./га, (10)

где расход топлива, кг/га; Цк - комплексная цена топлива, руб./кг.

Затраты на вспомогательные материалы в расчете на 1 га

Свсп=1лн*Цм, (П)

где qм - расход вспомогательных материалов на гектар; Цм - цена материала.

Эксплуатационные затраты техники (без ТСМ)

С — Са + Ст0 Хр хр Сзп + Свсп, (12)

где Са - амортизационные отчисления на реновацию и капитальный ремонт; СХ0Р;ХР - затраты на техническое обслуживание, ремонты и хранение; Сзп - затраты на оплату труда обслуживающего персонала (механизатор и вспомогательный рабочий); Свсп - затраты на вспомогательные материалы.

Для детального анализа затраты на ТСМ выделены из состава общих эксплуатационных затрат.

Для оценки значимости управляемых факторов системы с целью выбора направлений совершенствования технических средств использован способ декомпозиции «Метод решающих матриц». Научные цели а носят технико-экономический характер - снижение затрат труда и средств за счет повышения степени механизации технологических процессов.

Экспертизой установлен перечень ¡3 (вектор с компонентами /З1) разработок, призванных обеспечить достижение целей. Связав эти разработки с перечнем а и весами работ этого перечня, устанавливаем приоритетность разработок. Поскольку разработки служат нескольким научным целям ставится задача построения матрицы А13

= оА)

значимости опытно-конструкторских работ. Элемент а^ —

положительное число, показывающее относительное значение разработки номера / для целей номера /. Эти величины также определенным образом нормируются. Например, можно принять ХХ]=8. В качестве веса ¡-й конструкторской разработки естественно

J

принять р'=£ а6а'. Таким образом, получаем формулу

0 = АЧ (13)

которая отображает ряд научно-технических целей на ряд технологических и конструкторских разработок. В нашем случае совершенствование техники положительно скажется на ее производительности, снижении энергозатрат и затрат труда, снижении затрат на операцию, повышении эффективности производства.

5 = А6 7. (14)

Решением проблемы выбора направлений совершенствования технических средств позволяет построить отображение ряда целей на ряд исследований второго и последующих уровней системы:

5 = А5А7А^ (15)

где А5, Ау, А*3 - матрицы значимости соответствующих исследований отображения ряда разработок и их значимости.

Если веса компонент вектора а заданы, то мы можем вычислить и веса компонент вектора 5.

В результате мы находим относительную роль отдельных исследований более высокого порядка в успешной реализации намеченной программы. Следующий этап — детализация работ в форме некоторого графа и составление расписания.

Совершенствование технических средств по производству работ невозможно отделить от соответствующей технологии производства. Для практической реализации системного подхода к осуществлению поставленной цели разработана и испытана компьютерная технология проектирования состава технологического комплекса по возделыванию сельскохозяйственных культур и анализа значимости входящих в систему управляемых факторов (элементов), объединенных морфологической схемой.

В планировании мероприятий использована теория расписаний с учетом ряда условий. Один из путей к решению задач теории расписаний состоит в ранжировании работ. На основании расчетных данных составлен граф со значениями весов работ и проведено их ранжирование (рисунок 2).

КИРОВАНйе ПО ЗАТРАТАМ СРЕДСТВ

отраиий Ср»ЛМ«в]нач«ни* Мвждуряди«« овр«6оти» «•ртоф. Уварка кортофаля копвтепем (^»бриг.ыпани* орг у,доОр*н.

ПЕтсмдма а-артог^аля

Г»«р «вор«» »-

ЬЧ»р«зк« грабмай о »мае. удобр.

Погруака картофагя Погрузка орган, у

Гкэгруякв наа озв

Ннасани* >лин. удобрений Рис та р. и и>н«л.мйи удобрен.

Рисунок 2 - Результаты ранжирования операций по затратам средств

Оценка значимости управляемых факторов выполнена по следующим показателям.

1. Эксплуатационные затраты техники (без ТСМ)

О Са + СТО;Тр;Хр+ СЗП~Ь Свсп, (16)

где Са - амортизационные отчисления на реновацию и капитальный ремонт; СХОдр1Хр - затраты на техническое обслуживание, ремонты и хранение; Сзп - затраты на оплату труда обслуживающего персонала (механизатор и вспомогательный рабочий); Свсп - затраты на вспомогательные материалы.

2. Затраты труда на гектар площади возделывания культуры по операциям определяются по отношению количества обслуживающего агрегат персонала к часовой производительности агрегата.

Из диаграммы видно, какие операции имеют максимальные эксплуатационные затраты. Среди наиболее затратных операции: междурядная обработка, уборка копателем, разбрасывание удобрений, посадка картофеля, вывозка навоза, погрузка картофеля. Степень механизации работ с учетом производительности средств механизации оценивается затратами труда механизаторов на единицу площади возделывания культуры и привлечением вспомогательных рабочих. Ранжирование по затратам труда проведено аналогично затратам средств. Результаты ранжирования по двум критериям приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты ранжирования по двум критериям

Номер ранга Приоритетность технологической операции

По затратам средств По затратам труда По двум критериям

1 Междурядная обработка Уборка копателем Уборка копателем

2 Уборка копателем Транспортировка урожая Междурядная обработка

3 Разбрасывание органических удобрений

4 Посадка картофеля Вывозка навоза Вывозка навоза

5 Вывозка навоза Междурядная обработка Посадка картофеля

6 Погрузка урожая картофеля Переборка и сортировка Транспортировка урожая

7 Переборка и сортировка Посадка картофеля Переборка и сортировка

8 Уборка ботвы Погрузка урожая картофеля Уборка ботвы

9 Вспашка зяби Закладка на хранение Вспашка зяби

Полученные результаты указывают на то, что в первую очередь следует совершенствовать технологию возделывания картофеля в направлении сокращения ручных работ, связанных с подбором и погрузкой вороха картофеля при уборке копателем, и по возможности обеспечить комбайновую уборку.

Далее по затратам труда и средств модернизации подлежат междурядная обработка, посадка, транспортировка урожая картофеля и погрузка его в транспорт.

Модернизацию комплекса машин на основании анализа технологии и ранжирования технологических операций следует вести по направлениям:

- создание методики проектирования профиля клубненесущего слоя с учетом разнообразия условий производства, в первую очередь почвенных разностей, их состояния в период вегетации и уборки урожая;

- разработка технологических мероприятий и технических средств по формированию клубненесущего слоя, обеспечивающих благоприятные условия для формирования клубней, предупреждающих уплотнение КНС при уходе за посадками, обеспечивающих механизированную уборку урожая;

- разработка мероприятий и технических средств для механизации погрузочных работ при перевозке урожая;

- разработка мероприятий по совершенствованию организации перемещения урожая картофеля и средств его транспортирования к местам хранения.

В третьей главе «Обоснование параметров профиля КНС и средств механизации по его формированию с учетом условий производства» изложена методика проектирования КНС, приведены материалы по обоснованию профиля и его параметров для конкретных условий производства, методика сравнительной оценки гребневого и грядового профиля.

Площадь сечения гребня определяется по формуле

где b - основание треугольника (зависит от ширины междурядья); h -высота гребня (максимальное значение которой ограничивается шириной междурядья и углом естественного откоса почвы а1).

Объем почвы в гребне, приходящейся на маточный клубень (гнездо):

V = = (18)

где / - шаг посадки.

При шаге посадки 25 см, ширине междурядий 70 см и угле естественного откоса 45° объем почвы на одно гнездо V = 0,0306 м3; высота гребня h = 0,35 м; площадь поля на одно гнездо SK = 0,175 м2.

На песчаных почвах в сухую погоду при шаге посадки / = 25 см, b = 70 см, а1 = 37°, высота гряды h = 0,26 м.

Для исключения уплотнения почвы ходовым аппаратом трактора при уходе за посадками требуется технологическая колея.

Для профиля клубненесущего слоя, сформированного но схеме 60x80 см, высота гребня h уменьшится за счет уменьшения ширины основания гребня (Ь = 0,6 м). При этом высота гребня при угле естественного откоса а1 = 45° составит 0,3 м. Высота уменьшилась на 0,05 м, или на 14,3%. Объем гребня, приходящийся на одно гнездо, уменьшится на 25%. Если формировать профиль по схеме, приведенной на рисунке 3, объем гребня, приходящийся на одно гнездо, уменьшится на 1%. Высота гребня останется практически такой же.

Сдвигая соседние рядки попарно, можно получить профиль гряды, параметры которой приведены на рисунке 4.

колеей и перекрытием ширины гребня (размеры в см)

Рисунок 4 - Образование параметров гряды: УЕО (а1) - угол естественного откоса; Ь' - глубина посадки клубней; а1, а2 - расстояние от центра клубня до поверхности откоса гряды по горизонтали и по перпендикуляру к поверхности соответственно

При проектировании ширина колеи принята 1400 мм. При сдвигании гребней площади треугольников «А» и «С» становятся равными. В этом случае профиль гряды принимает форму равнобедренной трапеции с параметрами: В - основание; Ь' - вершина; Ь - высота трапеции. Ширина гряды по основанию в зависимости от заданной высоты гряды и угла естественного откоса

В = 3-ЬЛяа1; Ь' = И^сЛ (19)

Выполнив вычисления (при посадке с междурядьями 70 см), получаем значения параметров:

- при а1 = 45°, Ь = 0,35 м, И' = 10 см В = 105 см, Ь' = 35 см;

- при а1 = 37°, Ь = 0,2625 м, Ь' = 10 см В =105 см, Ь' = 35 см. При а1 = 37° высоту гребня и гряды Ь можно сформировать (при Ь

= 70 см) не более 26 см.

Напрашивается вывод о целесообразности разработки технологии формирования клубненесущего слоя в виде гряды из гребней, сформированных с междурядьем 70, или 60x80 см. Следовательно, нужна

операция по формированию профиля гряды. Для этого определяются параметры рабочего органа (рисунок 5). Диаметр должен быть 350 мм с учетом ширины колеса и междугрядья.

Усилие, затрачиваемое на перемещение гребня, зависит от массы перемещаемого слоя и коэффициента трения (сдвига) между слоями почвы. Масса перемещаемого слоя зависит от плотности почвы и геометрических размеров гребня, в первую очередь - от ширины междурядий и угла естественного откоса (УЕО) почвы а1. Последний зависит от типа почвы, ее механического состава и физического состояния.

Рисунок 5 — К обоснованию диаметра рабочего органа (РО) для формирования профиля КНС после посадки в гребни: 1 - профиль гребня; а1 - угол естественного откоса; о2 - углы скольжения почвы по поверхности РО; с)п1ш - минимальный диаметр РО, соответствующий половине ширины междурядья; с12, с13 - диаметры РО с учетом допустимого взаимодействия РО с соседним гребнем, исключающие смещение части гребня на соседнюю гряду, связанные с 51 и о г', (1ШЗх - максимальный диаметр РО

Для дерново-подзолистой почвы, распространенной в зоне Среднего Урала, при влажности до 20% угол естественного откоса составил 37°. Опыты показывают, что максимальное значение угла не превышает 50°. Рациональный диаметр РО определяется по формуле

Эро = 2с1/(1+соз5), (20)

где ёт;п- минимальный диаметр РО (для междурядий 70 см с!п1|п = 350 мм); 6 - угол скольжения почвы по поверхности РО (связан с коэффициентом трения).

Зависимость диаметра рабочего органа Оро от угла трения (скольжения) найдена графическим способом. В результате аппроксимации получено:

Вро= 550 - 505, мм (21)

Рациональные значения диаметра РО составляют: для угла 37° Бр0 = 437 мм; для угла 50° - 396 мм; для угла 45° - 410 мм. Диаметр 410 мм принят наиболее целесообразным (оптимальным) для зональных условий при ширине междурядий 70 см и 5 = 45°.

Работоспособность РО будет обеспечена, если направление вращения окажется против часовой стрелки. Силовые факторы проеци-

естественного откоса; 8 - угол скольжения почвы по поверхности РО; dopt - диаметр РО с учетом допустимого взаимодействия РО с соседним гребнем, исключающий смещение части гребня на соседнюю гряду; dmi„ - минимальный диаметр РО, соответствующий половине ширины междурядья; ф - центральный угол

Установлена зависимость линейной плотности силы, создаваемой гребнями по направлению поступательного движения РО для двух участков: на участке 0 < X < dmjn; на участке dmin < X < dopt.

Значение плотности силы (напряжения) минимальной по модулю [Ifm(^)] между участками выбирается в зависимости от точки прило-

жеаия на поверхности РО (знак силы положительный, если она вращает РО против часовой стрелки) следующим образом:

- если |1рт((р)|< 1(„„„(ф), расчет 1РМ(ф) ведется но формуле

ЫФ) = -Ш№-™*Ф1 (22)

- если |1,,т(ф)|> 1р,„„.,(ф), то по формуле

(23)

Приведенные соотношения объясняют необходимое условие для обеспечения вращения РО в нужном направлении и перемещения слоя почвы (гребня) в поперечном направлении от направления поступательного движения агрегата (рисунок 7).

1рм, 400Э

зосю 2000 !000 0

-1СЮ0 -2000

180 165 15С 135 120 105 90 73 № 45 За 15 ф°

Рисунок 7 - График плотности тангенциальной силы, действующей

на РО: 1 - график плотности действующей тангенциальной силы;

2 - максимально возможное значение плотности силы, касательной к поверхности РО (силы трения), определяемое нормальной плотностью;

3 - проекция линейной плотности силы, создаваемой гребнями по линии поступательного движения РО

Суммарный момент вращения, действующий на РО в сторону гребня (гряды) больше, чем момент, действующий в противоположную сторону. График включает три интервала. В интервалах 0...450 и 135... 180° относительно велика тангенциальная составляющая, но мала нормальная, поэтому действующая линейная тангенциальная нлотность силы является максимально возможной для нормальной составляющей.

В промежутке 45...135° нормальная сила относительно велика, а тангенциальная мала, поэтому действующая тангенциальная плотность равна плотности создаваемой гребнями.

Крутящий момент от сил трения определяется интегрированием по половине окружности линейной плотности силы (первый множитель), умноженной на плечо (второй множитель, равный радиусу) по дифференциалу дуги окружности (третий множитель):

м = (24)

о ¿г

М = 60,295 Нм

Суммарный момент вращения, действующий на РО в сторону гребня (гряды), больше, чем суммарный момент, действующий в противоположную сторону. Вращение будет происходить по направлению момента. Проекция действующих сил на ось абсцисс X определяется по двум составляющим: нормальной и тангенциальной. Под интегралами стоят проекции линейной плотности силы на ось абсцисс и дифференциал дуги окружности:

71

180 dODt 180 Fx= i [- Ipn (Ф) cos ф]—dtp + /

о 1 о

IFM(tp)cos|(p+2

(25)

Fx = 63,787 H.

Проекция действующих сил на ось Y ординат определяется аналогично:

18Q 180

-dcp+ J

Fy= /1-1рм(ф)51Пф]~йФ+ J !рм(<p)s'ifФ + ~1 (26)

о 2 о

2

ру=-747,131 Н.

Модуль сил и угол наклона вектора к оси X результирующей силы

= 749,8 5 Н; (27)

у=агс^|^=-85,120. (28)

Знак угла указывает на расположение его в четвертой четверти (отсчет от оси абсцисс против часовой стрелки).

На основании изложенного можно сделать следующие выводы.

1. Положительное значение результирующей силы на РО свидетельствует о его работоспособности. Испытания подтвердили этот вывод.

2. Рабочий орган по формированию гряды из гребней с междурядьем 0,7 м для указанных условий целесообразно выполнять диаметром 0,41 м.

3. Величина результирующей силы и ее направление действия необходимы для расчета на прочность и конструктивное оформление РО.

Проведено обоснование совмещения операций обработки посадок и формирования гряды из гребней при возделывании картофеля по агротехническим (качественным) показателям, затратам труда и энергии, прямым и приведенным затратам средств.

Для количественной оценки степени уплотнения почвы можно использовать отношение объема смятой почвы к обрабатываемой площади:

С = 2в/*/Вр. (29)

где в - ширина обода колеса, м; /г - удельное давление на почву, Н/м2; Вр - рабочая ширина захвата МТА, м.

Среднюю приведенную производительность однородных МТА (\У;), составленных с одним трактором, можно определить исходя из сравнения затрат времени на обработку единицы площади:

= —!— га/ч (30)

£—

где N - количество заменяемых однородных МТА.

Обоснована целесообразность совмещения операций междурядной обработки посадок картофеля и формирования КНС.

Для изучаемых средств механизации по реализации технологий формирования клубненесущего слоя (сравнительной оценки комбинированной машины с однородными) рассчитаны производительность (рисунок 9), энергоемкость, трудоемкость, коэффициент уплотнения почвы и затраты средств.

4 3.5

1

0.5 О

Рисунок 8 - Производительность агрегатов: КОР - фрезерование;

ГО - образование гряд; КФМ - фрезерование с образованием гряд

Экономические показатели сравниваемых агрегатов согласно данным таблицы и графика (рисунок 9) свидетельствуют о целесообразности применения агрегата, совмещающего обработку посадок и формирование гряды. По всем статьям расходов преимущество остается за совместным выполнением обработки почвы и формирования

"Кор

5.16 6.7 8.4 9 10.4 11,1 КМ/Ч

Скорость движения по передачам, км/ч

гряды. Из графика видно, что производительность комбинированного агрегата выше средней производительности однородных агрегатов. Следовательно, с этой позиции совмещение операций обработки почвы и формирования гряды выгодно.

р/га

СХМ, 4 - на оплату ТСМ, 5 - суммарные, ■олбцам слева направо. ГО-2; КОР-4,2; ГО-2Н-КОР-4.2; КФМ-2,8.

Рисунок 9 - Эксплуатационные затраты по агрегатам Теоретически обоснованы параметры пассивного рабочего органа (ПРО) для формирования профиля КНС.

Рабочий орган представляет собой клин, сдвигающий гребни при поступательном движении МТА. Схема РО и воздействие сил представлены на рисунке 10.

Рисунок 10 - Силы, действующие на частицу почвы, при движении ее по боковине формирователя: Уп - скорость поступательного движения РО; V - абсолютная скорость перемещения частицы; V; - абсолютная

скорость перемещения частицы почвы с учетом угла трения между боковиной и почвой; ф - угол трения; М - частица почвы, движущаяся по боковой поверхности формирователя; Р - сила, действующая на частицу, направленная по движению РО; N - нормальная сила на плоскость боковины формирователя; И - сила трения; О - проекция силы Р на плоскость боковины

Условие скольжения частицы почвы по боковине формирователя связано с углом раствора боковин формирователя «а» и обеспечивается при соотношении сил трения Р и перемещения частицы по плоскости О (0>Р). Проекция силы С} через силу Р и угол раствора о: выразится из соотношения <3 = Р-со8(а/2), нормальная сила N = Р-б^сЙ), сила трения - через угол трения ср почвы о боковину формирователя: Б = Ы^ф. Из приведенных соотношений можно записать условие

со8(с^2)^8т(о/2)4е<р [^(<У2)ЭДф].

При этом tg(90-Q/2)>tgф [(90-а)/2>ср].

Длина боковин связана с исходными (ширина и высота гребня) и заданными параметрами профиля КНС (ширина гряды и междугрядий), углом раствора формирователя.

Отсюда угол раствора боковин формирователя связан с углом трения почвы о боковину, т.е. а/2<(90-ф). Угол трения зависит от типа почвы, ее состояния и механического состава, материала РО.

Скорость частицы почвы (без учета трения) направлена перпендикулярно плоскости боковины; ее можно определить через угол раствора формирователя ос и скорость РО: V = Упзт(а/2). Скорость перемещения частицы почвы по поверхности боковины (относительная) определяется через поступательную скорость РО и угол раствора: У0 = Уп-соз(а/2). За счет трения между частицей почвы и боковиной формирователя фактическая скорость частицы определится через угол трения ф:

VI = Уп-втСа/гуакф. (31)

Зависимость скорости У} от угла раствора боковин формирователя представлена на рисунке 11.

2.00 1.80 £ 1,60

¡1,40 1.20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00

Примечание. Поступаплымл скорость РО: 1 - 1 м/с; 2-1,5 м/с; 3-2 м/с.

Рисунок 11 - Зависимость скорости движения частицы почвы от угла раствора боковин формирователя с учетом внешнего трения

Угол сдвига почвы рабочим органом должен быть меньше угла трения почвы о поверхность РО. При расчетах фактической скорости принят средний угол сдвига 42° (по литературным источникам угол изменяется от 35 до 50°).

Параметры гряды при заданных значениях: ширина междурядий стандартная - 70 см; ширина между строчками в гряде 30-40 см; угол естественного откоса 37-45°; ширина междугрядья 30 см; ширина гряды по верхнему обрезу 60 см. Высота гряды при УЕО 45° составляет 25 см; при угле 37°- 18,84 см. Величина сдвига гребня для того и другого варианта: Ьсдв = 27,5 см; раствор РО составляет 55 см.

Площадь сечения гребня Б должна составлять 0,10625 м2 при УЕО 45° и 0,08075 м2 при УЕО 37°.

Исходная высота гребней:

при УЕО 45° 1ц = 0,30 м; при УЕО 37° Ь2= 0,23 м.

Для увеличения высоты гряд при указанных выше условиях необходимо уменьшать ширину гряды по верху.

Установлены зависимости параметров профиля КНС от угла естественного откоса почвы, ширины междугрядья и гряды.

У формирователя профиля КНС основными размерами являются длина и высота боковин. Высота боковин устанавливается исходя из необходимой высоты профиля КНС, а длина зависит от ширины РО и угла раствора.

Оптимизированы параметры комбинированного агрегата по максимальной производительности. Для скорости движения установлена зависимость

где Ь - длина гона, км; <:„ - время поворота, ч; а, в - коэффициенты, соответствующие параметрам зависимости ширины захвата от скорости, получаемые ее аппроксимацией.

После определения скорости движения рассчитывается рабочая ширина захвата МТА:

Вр = 4,549793 - 0,692111Ур, м (33)

где Ур - рабочая скорость, м/с.

Зависимость ширины захвата по передачам трактора МТЗ-80 от скорости движения при полном использовании мощности приведена на рисунке 12.

Рекомендуемые параметры агрегата приведены в таблице 2.

........ .............

11 м, В.ЛХСПср

11 —""----- __

—•

уз-0.2269х + 3,7173

0,9767

1.43 1,86 2.33 2.5 2,69 3.08 V,м/с

скоростьдямжеиия по передачам:третья (1,13); Ч«тп»рта* (1,В6); пяпя (2,33); шестая (2.50); седьмая {2.8»); весьмя (3,08)

Рисунок 12 - Ширина захвата агрегата в функции скорости (при Нкрпих)

Таблица 2 - Рекомендуемая ширина захвата МТА с трактором МТЗ-80

Удельное Ширина Кол-во обра- Скорость Переда-

сопротивле- а захвата батываемых движения, ча трак-

ние, кН/м агрегата, м рядков км/ч тора

3,42 4,51 3,52 5 5,16 3

3,57 4,63 3,35 4 6,7 4

3,75 4,69 3,08 4 8,4 5

3,81 4,77 3,05 4 9,0 6

В четвертой главе «Экспериментальная оценка усовершенствованных технических средств и комплексов машин по формированию клубненесущего слоя почвы (КНС)» приведены материалы, подтверждающие теоретические предпосылки.

Исследования доказывают целесообразность формирования гряды после посадки картофеля одновременно с рыхлением междурядий путем сближения гребней. Для этого созданы рабочие органы в виде ротора, обоснованы их параметры.

Доказано преимущество совмещения операций по ряду критериев. Установлены зависимости критериев оценки от параметров МТА и режимов работ, разработаны рекомендации по составу МТА.

Приведены результаты формирования КНС и анализ системы показателей оценки качества механизированных работ, в том числе по вариантам «полосное фрезерование ПФ» и «сепарация почвы С».

Сравнительная оценка вариантов формирования КНС и сепарируемое™ вороха при уборке представлена в таблице 3.

Результаты обработки опытных данных показали, что наилучшую сепарируемость вороха обеспечивает возделывание картофеля по грядово-ленточной технологии с сепарацией почвы перед посадкой. Засоренность вороха при этом в три раза ниже, чем при гребневой

технологии. Такая технология позволяет применять комбайновую уборку. Особенно это целесообразно на почвах, засоренных камнями.

Таблица 3 - Результаты сепарируемости клубненесущего слоя при различных технологиях возделывания картофеля

Технология Фракционный состав вороха

Масса вороха, кг Клубни Почва

кг % кг % вынос с 1 га, т

Гребневая 466,1 369,3 79,2 96,8 20,8 4,41

Грядово-ленточная -ПФ 450,1 372,8 82,8 77,3 17,2 3,57

Грядово-ленточная - С 360,6 331,0 91,8 29,6 8,2 1,55

Энергетические испытания агрегатов, реализующих технологические процессы, показали, что при возделывании картофеля по гребневой технологии расход топлива составил 57,05 кг/га; по грядовой технологии со сплошным фрезерованием - 62,56; по грядовой технологии с полосным фрезерованием - 59,11; при возделывании картофеля по грядовой технологии с сепарацией почвы - 74,77 кг/га.

Наибольшие затраты оказались на варианте при возделывании на грядах с сепарацией почвы перед посадкой. Вместе с тем сепарируе-мость вороха (отделение клубней от почвы) при уборке урожая здесь была лучшей из всех вариантов.

Уборка урожая проводилась комбайном ККУ-2А с трактором МТЗ-80 (первая передача). Производительность агрегата за час чистой работы составила 0,14 га (с учетом времени поворотов и разгрузки - 0,12 га/ч). Состояние вороха свидетельствует о том, что комбайн обеспечивает удовлетворительную сепарацию при уборке картофеля, возделываемого по грядово-ленточной технологии с полосным фрезерованием. Засоренность вороха при этом в три раза ниже, чем при гребневой технологии возделывания. В зависимости от почвенно-климатических условий и применяемого способа формирования КНС урожайность картофеля, возделываемого на грядах, по отдельным вариантам на 10 - 25% выше, чем на гребнях.

Для формирования гряды из гребней после посадки картофеля потребовалось сконструировать и изготовить экспериментальную установку на базе МТЗ-80 и культиватора КФМ-2,8.

Результаты исследования показывают, что разработанные рабочие органы удовлетворительно обеспечивают технологический процесс формирования КНС в виде гряды из гребней (рисунок 13).

- ч ъ. - г V >• Л- § Д / í 7 'V / к / /

- -

» *> к

- 0 > V

> V -«с л V

1 3 б 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 2? 29 31 Ширина профиля (1 деление = 50 мм) 1 - до формирования, 2 - после формирования

Рисунок 15 - Результаты формирования гряд из гребней роторным РО

Перемещение клубней вдоль рядка при использовании роторного рабочего органа (РРО) составило 8,75 см при глубине заделки 10 см и 5,7 см - при глубине заделки 13 см, что меньше перемещения пассивным рабочим органом (ПРО). Роторный рабочий орган работает экономнее, чем пассивный.

Исследования позволяют сделать вывод о целесообразности применения технологии формирования гряд после посадки в гребни. Это дает возможность отказаться от специальных сажалок для возделывания картофеля на грядах, проводить интенсивное рыхление клубне-несущего слоя после посадки, успешно бороться с сорной растительностью, обеспечить комбайновую уборку урожая.

В главе 5 «Обоснование комплекса машин по перемещению урожая картофеля» приведены методика и результаты хрономет-ражных наблюдений за перевозкой урожая картофеля. Разработаны мероприятия по совершенствованию транспортного процесса по перемещению урожая к местам хранения.

Проведена оценка комплекса машин на перевозке картофеля в составе автомобиля-тягача с полуприцепом, трактора с лафетом для буксирования полуприцепа по полю и фронтального погрузчика.

Испытания проводились в типичных зональных условиях.

А. Схема "поле - овощехранилище предприятия"

Часовая производительность на перевозках автомобиля ГАЭ-53 (бортовой) без учета простоев составила 3,79 т/ч, с учетом всех простоев - 3,03; автомобиля ЗИЛ-ММЗ-555 - 3,90 и 2,94 т/ч.

Б. Схема "поле - база г. Екатеринбурга"

Часовая производительность автомобиля ГАЗ-52 без учета простоев составила 0,61 т/ч, с учетом всех простоев - 0,37 т/ч; автомобиля ЗИЛ-130 соответственно 0,92 и 0,60 т/ч. Время движения по отно-

шению ко всему времени в наряде (движение с грузом и без груза) составило: для ГАЗ-52 - 23,1%; Для ЗИЛ-130 - 19,7%.

Данные показывают, что автомашины на перевозке работают крайне непроизводительно. До 80% времени они стоят без движения, поэтому потребность в автотранспорте весьма велика.

Одним из главных направлений в механизации погрузки является контейнеризация. Проведены наблюдения за погрузкой картофеля, затаренного в стандартные контейнеры с откидывающимся днищем. В качестве погрузчика использовался агрегат в составе трактора МТЗ-80 и КУН-10, оборудованного стрелой и строповочным устройством. Производительность его (сменная) составила 63,7 т/смену.

Разработана конструкция мягкого оборотного контейнера (МОК). Такой контейнер представляет собой емкость, сшитую из синтетической ткани и оборудованную двумя строповочными узлами.

При емкости, соответствующей стандартным контейнерам, МОК имеют в 10-12 раз меньшую массу, они удобны в транспортировке; при этом картофель закрыт от солнечных лучей, вызывающих его позеленение, дешевле обходится их изготовление.

Проведена оптимизация грузовместимости контейнера при ручной подборке урожая по критериям «затраты труда» и «прямые затраты». При этом учитывались составляющие затрат труда и средств: загрузка контейнеров, погрузка картофеля, участие транспортных средств в их загрузке.

В результате получены следующие зависимости: - затраты труда (чел.-ч/т)

| УдЛП [ к„.1л/юЕ/и

■г 36уп г! 3600 ус

Н =-^-^-5—, (34)

ч

- прямые суммарные затраты (руб./т)

Ссум — сп.г + Сс+ С3-т. (35)

где Мм, Мв, Мт - количество механизаторов, вспомогательных и транспортных рабочих, занятых на погрузке; 1ц.пт - цикловое время погрузки, ч; q - грузовместимость контейнера, т; и - урожайность, т/га; Упг - скорость движения погрузчика между контейнерами, м/с; Кв! - коэффициент, зависящий от количества порций, помещенных в контейнере; Ус - скорость движения сборщика, м/с; Сп.г - затраты, связанные с эксплуатацией погрузчика; Сс - затраты средств на перенос собранного картофеля к контейнеру; Сз;т - затраты, связанные с использованием транспортного средства под погрузкой.

(Мм + Мв+Мт)

Минимальные затраты труда соответствуют q = 0,42 т (рисунок

Оптимальная грузовместимость контейнера, определенная по критерию «затраты средств», для урожайности от 10 до 30 т/га находится в пределах 1,0 - 1,4 т, а определенная по критерию «затраты труда» - меньше, чем по затратам средств, независимо от урожайности.

Проведены ускоренные испытания МОК. Выполнено сто погрузочных циклов из расчета пятилетней его эксплуатации. Обследование контейнеров показало, что все они после погрузки 40 т картофеля находились в работоспособном состоянии.

0,2 0,4 0,6 0.8 1 1.2 ч,т

Грузовместимость контейнера Обозначения: Игран - МГЗ-а0+2ГТГС-4,0; Нпогр - МТЗ-Ва+ПФ-0,5;

К*1ер - перенос картофеля К контейнеру; НсуМ - суммарные затраты

Рисунок 14 - К оптимизации грузовместимости контейнера

Технологические испытания МОК проводились на поле с погрузчиком ПФ-0,5 на базе МТЗ-80. По разным наблюдениям, производительность погрузчика составила 9,55 и 10,3 т/ч.

При 10-часовом рабочем дне в период уборки погрузчик в день может загружать 95-100 т картофеля. Затраты труда на тонну погруженного картофеля при обслуживании погрузчика механизатором и двумя грузчиками составляют 0,314 чел.-ч/т, при обслуживании механизатором и одним грузчиком - 0,21 чел.-ч/т.

Для оценки способов перевозки вороха картофеля проведены наблюдения за транспортными средствами (ГОСТ 24055-80) по двум схемам перевозки: поле - хранилище совхоза (расстояние до 5 км), поле - базы г. Екатеринбурга (расстояние 25 км).

Разработана конструкция и изготовлен лафет для полуприцепа ОдАЗ, обеспечивающий догрузку задних колес трактора при неблагоприятных условиях движения. Максимальная догрузка задних колес трактора 12 кН (из условий допустимой нагрузки на шины).

Для исследования кинематических элементов тракторно-транспортного агрегата (ТТА) в составе трактора МТЗ-80 с полуприцепом ОдАЗ-885 и лафетом разработана программа на ПК, установлена взаимозависимость базы лафета и величины эксцентриситета. По результатам расчетов (при использовании буксирного устройства трактора) выбраны база лафета 2750 мм, величина смещения буксирного устройства относительно оси лафета 480 мм.

Хронометражные наблюдения за использованием ТТА показали, что за один цикл на пересоединение полуприцепов тратится 24 мин 21 с.

Минимальный радиус поворота в указанных выше условиях, исходя из управляемости трактора, определен 7,71 м по внутреннему колесу полуприцепа и 8,64 м - по внутреннему заднему колесу трактора.

Догрузка колес трактора регулируется выносным гидроцилиндром и перестановкой фиксаторов. Теоретические расчеты и экспериментальные исследования показали, что наличие эксцентриситета (догрузка задних колес трактора) улучшает показатели маневренности. С увеличением отношения величины эксцентриситета к базе лафета увеличивается критическая скорость ТТА. В связи с тем, что тракторный транспорт используется не только на перевозке урожая картофеля, проведены наблюдения за занятостью тракторов МТЗ-80 в течение года. В период уборочных работ (август - сентябрь) занятость транспортными работами по времени составляет 65 - 77%, по объему работ - 72 - 81%. Использование МТЗ-80 на буксировании полуприцепов повысит их годовую загрузку.

Расчеты показывают, что трактор МТЗ-80 может работать с прицепом 2ПТС-6Д имеющим общую массу около 9 т. При неудовлетворительных погодных условиях требуется догрузка ведущих колес.

Разработан и испытан ряд догружающих устройств с использованием гидросистемы трактора. Часть из них признана изобретениями, на которые выданы авторские свидетельства и патенты.

Проведенные аналитические расчеты и лабораторные исследования по установлению зависимостей догрузки ведущих колес трактора от давления подпора показали, что для догрузки задней оси трактора зависимость имеет вид = а! + в-рПодп (Рподп- давление подпора; а, = 23,009 при р = 0).

При испытании агрегата в составе МТЗ-80 с прицепом 2ПТС-6,0 в условиях грунтовой дороги установлено, что скорость движения аг-

регата при увеличении давления от нуля до 2,8 МПа возросла на 8,8%, буксование уменьшилось на 9,8%, расход топлива на тонно-километр уменьшился на 20%.

Производительность ТТА в составе МТЗ-80 с прицепом 2-ПТС-6,0 выше, чем с прицепом 2ПТС-4,0, на 24%.

Проведено обоснование состава транспортного звена на перевозке урожая картофеля по ряду вариантов (маршрутов). Выбор маршрута движения картофеля зависит от способов уборки и хранения.

Выбор схемы перевозок проводился по двум критериям - себестоимость перевозок и затраты труда.

Определен состав звеньев по перемещению урожая картофеля для обеспечения заданного темпа вывозки.

Проведенные наблюдения доказали целесообразность использования в составе механизированного транспортного звена автомобилей-тягачей с полуприцепами, лафетов для агрегатирования полуприцепов с тракторами и мягких контейнеров для погрузки картофеля при перевозке его навалом.

В шестой главе «Рекомендации по формированию комплекса машин по возделыванию, уборке и перемещению урожая картофеля с технико-экономической оценкой» представлены вопросы целесообразности применения технологии и комплекса машин, о которой можно судить по расчетам дохода предприятия (прибыли).

Обоснованы технические средства по обработке почвы для реализации прогрессивных технологий. Материалы свидетельствуют о том, что возделывание картофеля следует проводить на грядах с посадкой по схеме 30 +110 см.

Технология подготовки почвы перед посадкой, обеспечивающая комбайновую уборку на каменистых и комковатых почвах, включает нарезку гряд (борозд) и сепарацию (просеивание) почвы. Такой комплекс машин по подготовке почвы хорошо вписывается в технологию возделывания картофеля на грядах.

Перспективной можно считать технологию, в которой нарезка гряд производится одновременно с рыхлением почвы. Такие решения осуществимы одновременно со вспашкой.

Сепарация почвы перед посадкой может быть реализована сепаратором СУ-1,4 или с использованием копателей КСТ-1,4 и др.

Разработанный комплекс для формирования гряды после посадки, состоящий из фрезерного культиватора КФМ-2,8 с соответст-

вующими рабочими органами, позволяет уничтожать сорняки, получать достаточную рыхлость почвы и сохранить ее до уборки.

Затраты труда и средств при формировании КНС по гребневой технологии возделывания выше, чем при формировании по грядовой технологии. Разница по затратам труда составляет 17,8%. Это объясняется совмещением операций и сокращением проходов агрегатов по полю при обработке посадок.

Расчеты показывают, что затраты труда по разработанной технологии формирования КНС с комбайновой уборкой картофеля на 357 чел.-ч (16,8%) меньше, чем при возделывании по базовой технологии с подкапыванием картофеля копателем с последующей ручной подборкой. Экономия затрат средств составила 11,5%.

Затраты труда при использовании МОК по сравнению со стандартными контейнерами сокращаются на 22,1%, затраты средств - на 28,4%.

Экономия труда при использовании прицепа 2ПТС-6,0 с догружающим устройством составляет 0,06 чел.-ч на тонну картофеля. На перевозке картофеля при продолжительности уборки 20 дней экономический эффект составит 16856,82 руб. на агрегат.

По суммарным затратам на перевозку, погрузку и разгрузку картофеля при малом плече перевозок (5 км), экономичнее использовать два варианта - самосвальный автомобиль и трактор с прицепом в сочетании с погрузкой мягкими контейнерами.

Минимальные затраты труда при перевозках на расстояние 25 км обеспечивает вариант, включающий автомобиль-тягач с полуприцепом, трактор с лафетом и полуприцепом и с погрузкой картофеля мягкими контейнерами, и разгрузкой опрокидывателем.

По себестоимости перевозок более эффективным вариантом является перевозка автомобилем-самосвалом при погрузке мягкими контейнерами и самосвальной разгрузке.

Внедрение разработанных мероприятий, позволяющих применять комбайновую уборку картофеля, позволяет снизить затраты труда на единицу площади на 51,9%, на единицу продукции - 55,5 % (затраты средств на 9,5%).

Усовершенствованный комплекс машин с применением копателя, ручной подборки в МОК с перемещением урожая к местам переработки и хранения позволяет снизить затраты труда на единицу площади возделывания на 17,6%, на единицу продукции - на 23,6% (затраты средств на 12,5%).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ производства картофеля в Уральском и других регионах России показал, что технологический комплекс машин для производства картофеля при сложившейся технологии возделывания не обеспечивает в полной мере механизированной уборки при возделывании его на тяжелых и средних почвах, характеризующихся высокой плотностью и способностью к уплотнению ходовыми аппаратами машин при уходе за посадками. Это ведет к росту затрат труда при уборке, снижению эффективности производства.

2. Разработана модель оценки технологического комплекса машин по производству картофеля, учитывающая ресурсоемкость процессов (трудозатраты и стоимость получаемой продукции). Проведено обоснование направления совершенствования технических средств по производству картофеля в соответствии с зональными условиями. Исследования базовой технологии показали, что эксплуатационные затраты составили 48,4% из общих затрат на гектар. Наиболее ресурсоемкие технологические операции связаны с формированием КНС, посадкой (10,4%) и уборкой картофеля (10,4%), вывозкой урожая с поля (5% без погрузки).

3. Проведены исследования проблемы влияния агротехнических и технологических факторов на формирование профиля КНС. С позиций системного анализа разработаны методология построения технологий формирования КНС с анализом и оценкой факторов, а также набор технических средств по их реализации в соответствии с заданными условиями.

Формирование комплекса машин должно выполняться в соответствии с обоснованным профилем и размерами КНС в зависимости от типа почвы и ее механического состава, физического состояния в период ухода за посадками и уборки, обеспеченностью предприятий техническими, материальными и трудовыми ресурсами. Разработана методика проектирования профиля.

4. Разработаны рабочие органы для формирования КНС. Исследованы взаимосвязи основных факторов и выходных показателей технологических процессов. Повышение технико-экономических показателей (уплотнение почвы, производительность МТА, энерго- и трудозатраты, затраты средств) обеспечивается при совместном выполнении операций обработки посадок с формированием параметров КНС в виде гряды. Это обеспечило снижение энергозатрат на 28,8%,

затрат труда на 13,1%, эксплуатационных затрат на 29,2%, повышение производительности на 15,2%.

5. Оптимизированы технические характеристики разработанных технических средств. Сравнительная оценка базового и предлагаемых комплексов машин, выполняющих полосное фрезерование почвы с последующим формированием гряды и формирование гряды одновременно с весенней вспашкой и последующей сепарацией почвы разработанным сепаратором, показала преимущество разработанных комплексов. Наилучшие показатели сепарируемости КНС при уборке урожая комбайном получены на посадках по грядово-ленточной технологии с сепарацией гряд (почвенные примеси 8,2%). При использовании комплекса машин с полосным фрезерованием почвы при подготовке к посадке и при обработке посадок примеси составили 17,2%, при возделывании на гребнях с фрезерованием почвы перед посадкой и при междурядной обработке (база) - 20,8%. Сепарация почвы перед посадкой более чем в два раза сокращает вынос почвы с поля вместе с урожаем.

Своевременность и качество работ с использованием предлагаемых технических средств обеспечили повышение урожайности на 10. ..25% относительно базовой (гребневой) технологии.

6. Качество работы и эффективность формирования КНС определяются компоновочной схемой агрегатирования машин и оптимальными параметрами МТА. На обработке посадок картофеля и формировании профиля КНС оптимальным является агрегат в составе трактора 14 кН с культиватором КФМ-2,8М, оборудованным разработанными формирователями. При удельном сопротивлении почвы 3,4...4,0 кН/м он обеспечивает обработку и формирование двух гряд с удовлетворительным качеством работы.

7. Анализ ситуации с перевозкой с поля и погрузкой клубней в транспортные средства показал, что транспорт до 80% времени простаивает за счет погрузки, разгрузки и их ожидания, поэтому потребность его в период уборки весьма велика, особенно при ручном подборе клубней и погрузке в транспорт.

Для повышения эффективности производства картофеля за счет механизации погрузочных работ разработана конструкция мягкого оборотного контейнера (МОК) и оптимизирована его грузовместимость в зависимости от урожайности. Минимум затрат труда в диапазоне урожайности 10...30 т/га получен при грузовместимости контейнера 0,40...0,65 т. Масса пустого контейнера в 10-12 раз меньше

стандартного той же грузовместимости. Они удобны в транспортировке, дешевле в изготовлении, имеют более низкие эксплуатационные затраты. Производительность погрузчика с использованием МОК составляет 10 т/ч.

8. Логистические исследования транспортной системы на перевозке урожая позволили обосновать ряд альтернативных маршрутов движения клубней в зависимости от способа уборки картофеля, применяемых технических средств.

Разработаны и испытаны технические средства: > - лафет для агрегатирования с трактором автомобильных полуприцепов при их загрузке на поле, позволяющий догружать задние колеса трактора до 15 кН. Это позволило при перевозках картофеля на расстояние 25 км увеличить производительность автомобиля по сравнению с базой в 2 раза, снизить затраты труда на тонну груза в 3,5 раза, себестоимость перевозки - в 1,6 раза. Определен состав транспортного комплекса для работы на плечах 5 и 25 км;

- ряд догружающих устройств ведущих колес к тракторным транспортным агрегатам. Хозяйственные испытания показали, что производительность ТТА с трактором МТЗ за счет повышения грузоподъемности прицепа увеличилась на 0,81 т/ч и на 5,28 т-км/ч. Это составляет 24 и 36% соответственно.

9. Разработаны рекомендации по формированию и использованию комплекса машин по производству картофеля. Оценка экономической эффективности показала, что разработанные мероприятия по совершенствованию технологических комплексов позволяют применять на средних и тяжелых почвах комбайновую уборку, снижать затраты труда в два раза.

Модернизированный комплекс с уборкой копателями, формированием клубненесущего слоя и перемещением урожая с полей снижает затраты труда на единицу площади до 17,6%, на единицу продукции -до 23,6%, затраты средств на единицу продукции - до 12,5%.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

А. В изданиях, рекомендованных высшей аттестационной комиссией

1. Охотников, Б.Л. Критерии оценки комбинированных агрегатов [Текст] / Ф.И. Мазеев, Б.Л. Охотников // Механиз. и электриф. с. х., 1971, №11.

2. Охотников, Б.Л. Технико-экономические показатели технологии формирования клубненесущего слоя под картофель [Текст] / Б.Л. Охотников, В.А. Андреев // Механиз. и электриф. с. х., 2006, №4.

3. Охотников, Б.Л. Определение основных параметров комбинированного агрегата для обработки посадок картофеля и формированию клубненесущего слоя [Текст] / Б.Л. Охотников, В.А. Андреев // Механиз. и электриф. с. х., 2006, № 8.

4. Охотников, Б.Л. Повышение эффективности использования полуприцепов на уборке картофеля [Текст] / Б.Л. Охотников, Ю.Н. Строганов // Техника в с. х., 2008, №3.

5. Охотников, Б.Л. Корректирование нагрузки на колеса ТТА [Текст] / Б.Л. Охотников // Тракторы и сельхозмашины, 2007, №9.

б.Охотников, Б.Л. Энергосберегающий способ формирования профиля клубненесущего слоя при возделывании картофеля // Техника в с. х., 2007, №5.

7. Охотников, Б.Л. Эффективность использования транспорта при уборке урожая картофеля [Текст] / Охотников Б.Л., Бешенков А.Е. // Техника в с. х., 2007, №5.

8. Охотников, Б.Л. Технико-экономические показатели комплекса машин по возделыванию картофеля для сложных условий производства [Текст] // Вестник МГАУ; Агроинженерия. Вып. 2 (22), М., 2007. С.82-84.

9.0хотников, Б.Л. Параметры рабочего органа для формирования профиля клубненесущего слоя [Текст] / Б.Л. Охотников // Тракторы и сельхозмашины, 2007, №10, с. 18-19.

10. Охотников, Б.Л. Формирование профиля клубненесущего слоя почвы при возделывании картофеля на грядах [Текст] // Техника в с. х„ 2007, №6.

11. Охотников, Б.Л. Формирование профиля клубненесущего слоя почвы при возделывании картофеля на гребнях [Текст] // Техника в с. х., 2007, №6.

12. Охотников, Б.Л. Комбайновая уборка картофеля с использованием контейнеров [Текст] // Техника в с. х., 2008, №2.

Б. В монографиях, брошюрах, учебных пособиях

1. Охотников, Б.Л. Механизация посадки картофеля [Текст] / Ф.И. Мазеев, Б.Л. Охотников. - Свердловск: Свердл. кн. изд-во, 1968.

2.0хотников, Б.Л. Производственные условия и технические средства повышения рентабельности возделывания картофеля [Текст]. - Екатеринбург: УрГСХА, 2002.

3.Охотников, Б.Л. Эксплуатация машинно-тракторного парка. Теоретические основы производственной эксплуатации МТА [Текст]. - Екатеринбург, 2002.

4.0хотников, Б.Л. Технология механизированных работ в растениеводстве [Текст]. - Екатеринбург, 2003.

5.0хотников, Б.Л. Активные формы ведения занятий в подготовке инженеров-механиков сельскохозяйственного производства. Пермь, 1991.

б.Охотников, Б.Л. Справочные материалы к деловой игре "ИТС-МТП [Текст]. - Екатеринбург, 1991.

7.Охотников, Б.Л. Рекомендации по совершенствованию технологических процессов и технических средств для повышения степени механизации возделывания и уборки картофеля (в неблагоприятных условиях) [Текст] / Одобрены и рекомендованы к печати НТС Межрегионального комитета по с.-х. машиностроению Ассоциации экономического взаимодействия областей и республик Уральского региона. - Екатеринбург, 2007..

8. Охотников, Б.Л. Транспорт предприятий АПК [Текст]. -Екатеринбург, 2007.

В. В патентах и свидетельствах ФИПС (изобретения)

1. Патент № 2316944. Способ формирования клубненесущего слоя при возделывании картофеля / Б.Л. Охотников, В.А. Андреев, 2008.

2.А. с. 1490024. Мягкий контейнер / Б.Л. Охотников, Ю.Н. Строганов, И.П. Шептилич, 1989.

3. A.c. №761306. Сцепное устройство для соединения трактора с прицепом / Б.Л. Охотников, 1980.

4. A.c. №1197913. Сцепное устройство сочлененного транспортного средства / Б.Л. Охотников, В.И. Ильин, 1985.

5 A.c. №1342749. Сцепное устройство для буксировки прицепа / Б.Л. Охотников, Ю.Н. Строганов, 1987.

6. Патент №2026256. Устройство для строповки и опорожнения мягкого контейнера / Б.Л. Охотников, Ю.Н. Строганов, С.Е. Слепых, С.А. Серебренников, 1995.

7. Патент. №2322042. Способ формирования клубненесущего слоя при возделывании картофеля / Б.Л. Охотников, 2008.

8. Патент №2356198. Устройство для обработки междурядий и формирования клубненесущего слоя при возделывания картофеля / Охотников Б. Л., Андреев В. А., Охотников Н.С., 2009.

Г. В материалах международных, российских, межрегиональных конференций и других изданиях

1. Охотников, Б.Л. Определение энергетических показателей и сил, действующих в системе картофелепосадочного агрегата, с помощью электротензометрирования [Текст] / И.Е. Апанович, Б.Л. Охотников // Материалы 1-ой Свердл. (регион.) конф. молодых научных работников по с. х. Свердловск, 1966.

2. Охотников, Б.Л. Исследование работы картофелесажалки СН-4Б при повышении скорости движения [Текст] / Ф.И. Мазеев, Б.Л. Охотников, И.Е. Апанович // сб. тр. / Свердл. СХИ, Т. 18. - Свердловск, 1969.

5. Охотников, Б.Л. Выбор показателей для сравнительной оценки комбинированных и однородных агрегатов [Текст] / Ф.И. Мазеев, Б.Л. Охотников // Эксплуатация машинно-тракторного парка: сб. тр. / Свердл. СХИ. Т. 27, 1973.

6. Охотников, Б.Л. Тяговые показатели комбинированного агрегата [Текст] / Б.Л. Охотников, Ф.И. Мазеев, В.Н. Антипин // Современная наука и передовой опыт сельскому хозяйству: сб. тр. / Свердл. СХИ. - Свердловск, 1980.

7. Охотников, Б.Л. Исследование занятости тракторов МТЗ на транспортных работах в Свердловской области [Текст] / Б.Л. Охотников, Ф.И. Мазеев, П.Н. Морозов // Совершенствование конструкций и эксплуатации с.-х. техники. Пермь, 1985.

8. Охотников, Б.Л. Исследование перераспределения нагрузок между осями тракторного транспортного агрегата при использовании ГСВ трактора МТЗ-80 [Текст] / Б.Л. Охотников, Ф.И. Мазеев : Совершенствование конструкции и эксплуатации с.-х. техники. Пермь, 1985.

9. Охотников, Б.Л. Об использовании автотранспорта на перевозке урожая картофеля [Текст] / Б.Л. Охотников, Ф.И. Мазеев, Ю.Н. Строганов //Достижения науки и практики в решении продовольственной программы на Урале. - Свердловск, 1985.

10. Охотников, Б.Л. Автотракторные перевозки урожая картофеля [Текст] / Б.Л. Охотников, Ю.Н. Строганов // Сельскохозяйственная наука Урала - производству. - Свердловск, 1986.

11. Охотников, Б.Л. Перераспределение нагрузок между осями тракторного транспортного агрегата (МТЗ-80+2ПТС-6), оборудованного устройством для использования ГСВ // Совершенствование конструкций и эксплуатации сельскохозяйственных машин. - Пермь, 1986.

12. Охотников, Б.Л. Использование устройства с выносным гидроцилиндром для повышения проходимости тракторного транспортного агрегата [Текст] / Б.Л. Охотников, И.Е. Апанович, Ф.И. Мазеев, В.И. Ильин // Повышение эксплуатационных показателей двигателей и тракторов. - Пермь, 1987.

13. Охотников, Б.Л. Расчет кинематических элементов тракторного поезда при использовании автомобильного полуприцепа [Текст] / Б.Л. Охотников, Ю.Н. Строганов // Повышение эксплуатационных показателей двигателей и тракторов. - Пермь, 1987.

14. Охотников, Б.Л. К вопросу о кинематике криволинейного движения тракторно-транспортного агрегата [Текст] / Б.Л. Охотников, Ю.Н. Строганов // Исследование работы двигателей и совершенствование их конструкций. - Свердловск, 1988.

15. Охотников, Б.Л. Оптимизация грузовместимости мягких оборотных контейнеров для погрузки урожая картофеля [Текст] // Совершенствование конструкции и эксплуатации СХМ в растениеводстве.-Пермь, 1989.

16. Охотников, Б.Л. О занятости тракторов МТЗ-80 по видам работ и условиям их использования в Свердловской области [Текст] / Б.Л. Охотников, И.Е. Апанович, Ф.И. Мазеев, Ю.Н. Строганов // Совершенствование конструкций и эксплуатации СХМ в растениеводстве. -Пермь, 1989.

17. Охотников, Б.Л. Погрузка минеральных удобрений и других сыпучих материалов с использованием МОК [Текст] /. Б.Л. Охотников, С.А. Серебренников // Вопросы плодородия почв в интенсивном земледелии». - Екатеринбург, 1996.

18. Охотников, Б.Л. Применение органических удобрений при грядной технологии возделывания картофеля [Текст] / Б.Л. Охотников, Ф.И. Мазеев, С.Е. Слепых // Вопросы плодородия почв в интенсивном земледелии. - Екатеринбург, 1996.

19. Охотников, Б.JI. Проблемы формирования клубненесущего слоя при возделывания картофеля [Текст] / Тихоновские чтения. Материалы научно-практической конференции. Курган - Екатеринбург, 1997.

20. Охотников, Б.Л. Сепарация клубненесущего слоя почвы при возделывании картофеля по грядово-ленточной технологии [Текст] / Б.Л.Охотников, A.A. Попов, A.M. Канашевский // Материалы межрегиональной научно-практической конференции. Курган - Екатеринбург, 1997.

21. Охотников, Б.Л. Энергозатраты на возделывании картофеля при различных технологиях формирования клубненесущего слоя [Текст] / Б.Л. Охотников, A.A. Попов, A.M. Канашевский, C.B. Возчиков // Материалы межрегиональной научно-практической конференции. Курган - Екатеринбург, 1997.

22. Охотников, Б.Л. Формирование комплексов машин для производства продукции растениеводства в условиях ограниченных ресурсов [Текст] // Опыт и проблемы обеспечения продовольственной безопасности государства : Материалы межрегион, науч.-практ. конф. 4.1. - Екатеринбург, 1998.

23. Охотников, Б.Л. Интенсификация обработки и формирования профиля клубненесущего слоя при возделывании картофеля на грядах [Текст] / Б.Л. Охотников, A.B. Гриценко, A.A. Попов, Э.А. Ефимков // Технологии и механизация сельскохозяйственных процессов. -Екатеринбург, 2000.

24. Охотников, Б.Л. Технологии возделывания картофеля [Текст] / Б.Л. Охотников, Ф.И. Мазеев // Технологии и механизация сельскохозяйственных процессов. - Екатеринбург, 2000.

25. Охотников, Б.Л. Влияние перераспределения веса прицепа на эксплуатационные свойства тракторного транспортного агрегата [Текст] / Б.Л. Охотников, Ю.Н. Строганов // Технологии и механизация сельскохозяйственных процессов. - Екатеринбург, 2000.

26. Охотников, Б.Л. Формирование профиля клубненесущего слоя при возделывании картофеля [Текст] / Б.Л. Охотников, В.А. Андреев // Аграрный вестник Урала, 2004, №4(22), с. 53-54.

27. Охотников, Б.Л. Обоснование модернизации базовых технологий и средств механизации производства растениеводческой продукций (на примере возделывания картофеля) [Текст] // Вестник ЧГАУ. Т. 42. Челябинск, 2004, с. 100-103.

28. Охотников, Б.Л. Оценка совмещения обработки посадок картофеля с формированием гряды [Текст] / Б.Л. Охотников, В.А Андреев // Достижения науки - агропромышленному производству: Материалы XLIV междунар. науч.-техн. конф. 4.2. Челябинск: ЧГАУ, 2005.

29. Охотников, Б.Л. Параметры профиля грады при возделывании картофеля [Текст] / Б.Л. Охотников, В.А. Андреев // Наука и образование - аграрному производству. Том 2. Екатеринбург, 2005.

30. Охотников, Б.Л. Контейнеризация процесса перемещения картофеля при уборке урожая - путь к повышению эффективности использования транспорта [Текст] / Б.Л. Охотников, О.В.Чирков, А.Е. Бешенков // Наука и образование - аграрному производству. Т 2. Екатеринбург, 2005.

31. Охотников, Б.Л. Формирование клубненесущего слоя почвы [Текст] / Б.Л. Охотников, В.А. Андреев // Картофель и овощи, 2007, №5.

Подписано в печать 02.] 1.2009 г. Формат А5. Объем 2.0 уч.-изд. л. Тираж 100 экз. Заказ 980 ТОО «ИРА УТК»

620219, г. Екатеринбург, ул. К. Либкнехта, 42

Общая характеристика работы.

Введение.

Глава 1. Проблемы производств картофеля. Практическая и научная актуальность совершенствования средств механизации.

1.1 Социальные аспекты необходимости совершенствования производства картофеля

1.2 Факторы, влияющие на эффективность производства картофеля.

1.3 Анализ ресурсоемкости составляющих технологии возделывания картофеля.

1.4 Анализ исследований и пути совершенствования производства картофеля.

1.4.1 Технологические аспекты производства картофеля^.

1.4.2Транспортное обеспечение производства картофеля

1.5 Выводы и постановка задач.

Глава 2 Основы проектирования механизированных технологий и технических средств по производству картофеля.

2.1 Системный подход в решении проблемы повышения эффективности составляющих комплекса машин по производству картофеля.

2.2 Морфологический анализ системы и оценка комплекса машин по реализации технологии возделывания картофеля.

2.3 Критерии оценки комплекса машин для реализации технологии возделывания картофеля.

2.4 Оценка значимости управляемых факторов системы для выбора направлений совершенствования технических средств.

Глава 3. Обоснование параметров профиля КНС и средств механизации по его формированию с учетом условий производства.

3.1 Обоснование профиля клубненесущего слоя (КНС) почвы.

3.2 Теоретическое обоснование параметров роторного рабочего органа для формирования профиля КНС после гребневой посадки.

3.2.1 Обоснование диаметра роторного рабочего органа.

3.2.2 Исследование взаимодействия рабочего органа со слоем почвы.

3.3 Обоснование целесообразности совмещения операций обработки посадок с формированием гряды из гребней при возделывании картофеля.

3.3.1 Агротехническая оценка МТА.

3.3.2 Производительность агрегата.

3.3.3 Энергозатраты на выполнение операций.

3.3.4 Затраты труда по операциям.

3.3.5 Затраты средств.

3.4 Обоснование основных параметров комбинированного агрегата.

3.4.1 Теоретическое обоснование параметров пассивного рабочего органа для формирования профиля КНС из гребней.

3.4.2 Обоснование параметров комбинированного агрегата

3.4.3 Параметры машинно-тракторного агрегата (МТА) с пассивными рабочими органами грядообразователя.

Глава 4 Экспериментальная оценка усовершенствованных технических средств и комплексов машин по формированию КНС.

4.1 Методика проведения опытов.

4.1.1 Формирование КНС по варианту «полосное фрезерование».

4.1.2 Формирование КНС по варианту «сепарация почвы».

4.1.3 Сравнительная оценка вариантов формирования КНС.

4.2 Результаты экспериментальных исследований.

4.2.1 Результаты агротехнических опытов.

4.2.2 Результаты энергетических испытаний агрегатов.

4.2.3 Результаты хозяйственных испытаний комплекса машин.

4.3 Формирование гряды из гребней после посадки картофеля.

4.3.1 Требования к операциям и техническим средствам.

4.3.2 Технические средства для формирования гряд.

4.3.3 Методика постановки опытов.

4.3.4 Результаты формирования гряды после посадки в гребни.

Глава 5 Обоснование комплекса машин по транспортировке клубней картофеля.

5.1 Анализ схем транспортирования.

5.2 Хронометражные наблюдения за транспортировкой клубней.

5.2.1 Оценка использования транспортных средств.

5.2.2 Оценка использования погрузочных средств.

5.3 Совершенствование технологии и технических средств на погрузочных работах.

5.3.1 Оптимизация грузовместимости контейнера при ручной подборке урожая.

5.3.2 Технология погрузки картофеля с использованием МОК.

5.3.3 Анализ результатов погрузки с применением МОК.

5.4 Обоснование транспортных средств для перевозки урожая.

5.4.1 Анализ схем перевозки.

5.4.2 Применение оборотных полуприцепов.

5.4.3 Использование тракторов МТЗ на транспортных работах.

5.4.4 Пути повышения проходимости тракторных транспортных агрегатов при неблагоприятных условиях движения.

5.4.5 Анализ способов повышения тягово-сцепных свойств трактора.

5.4.6 Рациональная грузоподъемность ТТА с догрузкой ведущих колес трактора.

5.4.7 Пути увеличения сцепного веса трактора МТЗпри работе с двухосным прицепом.

5.4.8 Исследование перераспределения нагрузок между осями ТТА.

5.4.9 Результаты испытаний ТТА в составе МТЗс прицепом 2ПТС-6,0 в условиях грунтовой дороги.

5.5 Обоснование состава транспортного звена на перевозке урожая.

5.5.1 Обоснование маршрутов движения урожая картофеля.

5.5.2 Обоснование рационального состава транспортного звена.

Глава 6. Технико-экономической оценка комплекса машин для возделывания, уборки и транспортирования урожая картофеля с рекомендациями по формированию его состава.

6.1 Технические средства по обработке почвы и внесению удобрений для реализации прогрессивных технологий.

6.2 Посадка картофеля и уход за посадками в период вегетации.

6.3 Уборка урожая.

6.4 Транспортировка урожая после уборки.

6.4.1 Оценка транспортировки картофеля ТТА с догрузкой ведущих колес трактора МТЗ

6.4.2 Перевозка урожая до места переработки и хранения.

6.5 Технико-экономическая оценка предлагаемых систем машин.

Актуальность темы. Программы развития подотрасли производства картофеля, перевода его на индустриальную основу разрабатываются во многих областях и краях. Тормозом индустриализации производства является сокращение числа крупных производителей картофеля, при росте объемов производства фермерскими хозяйствами и в личных подсобных хозяйствах, где трудозатраты в пять и более раз выше, чем в специализированных предприятиях с индустриальной технологией производства. Для некоторых муниципальных образований основной удельный вес производства картофеля (до 90%) приходится на индивидуальные и личные подсобные хозяйства.

Отсутствие во многих хозяйствах системы машин для комплексной механизации производства картофеля и рациональной системы перемещения продукции от поля до потребителя вызывает большой недобор продукции и высокие трудозатраты.

Опыт показывает, что эффективность производства картофеля всегда выше в специализированных предприятиях и подразделениях.

Мировой опыт свидетельствует об эффективности укрупнения предприятий, занимающихся производством картофеля. В США фермы, выращивающие картофель на площадях 100 и более гектаров, производят свыше 70% его валового производства.

Анализ показал, что затраты труда механизаторов на междурядной обработке посадок, уборке картофеля копателем, транспортировке урожая в три раза превышают средние значения по технологии, а суммарные эксплуатационные затраты средств на посадке, уборке и закладке на хранение превышают средние значения в 2,0-2,5 раза.

На основании раскрытия причинно-следственной связи составляющих производства картофеля центральная гипотеза выглядит следующим образом: повышение эффективности производства картофеля возможно путем совершенствования наиболее затратных (пиковых по величине относительно других) составляющих технологии производства и технических средств по ее реализации на основе формирования профиля клубненесущего слоя, исключающего уплотнение его в период ухода за посадками, повышения степени механизации погрузочных работ и проходимости транспортных агрегатов.

Работа выполнена согласно заданию 16.06 и заданию 0.СХ.108 «Разработать и внедрить комплекс мероприятий по повышению эффективности использования .тракторов, автомобилей, сельскохозяйственных машин для Нечерноземной зоны РСФСР», программе «Нечерноземье», областным комплексным программам развития производства картофеля.

Цель работы - повышение эффективности производства картофеля путем совершенствования состава, технико-технологических параметров и эксплуатационных характеристик технологических комплексов с учетом почвенно-климатических условий производства.

Объект исследования. Механизированные процессы возделывания и транспортирования картофеля.

Предмет исследований. Закономерности функционирования технических средств и их элементов при реализации технологических процессов возделывания и перемещения картофеля с учетом факторов, оказывающих влияние на технико-экономические показатели объектов исследования.

Научная новизна. Разработана методология и произведена оценка значимости факторов, влияющих на ресурсоемкость производства картофеля в условиях Среднего Урала.

На основе агротехнических требований предложена и апробирована методика формирования профиля клубненесущего слоя, адаптированная к конкретным почвам и производственным условиям региона.

На основе теоретических исследований усовершенствованы рабочие органы для формирования клубненесущего слоя в виде гряды путем сближения гребней с одновременной междурядной обработкой, позволяющие обеспечить рациональную высоту профиля КНС и создать технологическую колею, проведена экспериментальная оценка в производственных условиях Среднего Урала.

Создан и апробирован в производственных условиях агрегат, формирующий в процессе междурядной обработки посадок картофеля гряду (технологическую колею), что позволяет снизить уплотнение клубненесущего слоя последующими операциями и улучшить технико-экономические показатели (ресурсоемкость) технологии производства картофеля.

Установлены рациональные параметры и оптимальные технологические режимы комбинированного технологического агрегата для конкретных условий эксплуатации Среднего Урала, позволяющие улучшить технико-экономические показатели его работы.

Разработаны мероприятия и технические средства по снижению ресурсоемкое™ транспортного обеспечения урожая картофеля.

Разработана конструкция мягкого оборотного контейнера для упаковки картофеля при уборке, оптимизирована его грузовместимость, предложены стропо-вочные устройства для работы с ним.

Исследован процесс перераспределения нагрузки между осями агрегата (тракторного прицепа и трактора) при использовании ГСВ, установлены зависимости нагрузок от давления в системе и конструктивных параметров агрегата, позволившие разработать технические средства повышения проходимости транспорта в сложных условиях движения.

Представлены апробированные в производственных условиях рекомендации по использованию разработанных конструкций, позволяющие предприятиям эффективно использовать представленные средства механизации.

Предложена методика оценки комплекса технических средств по производству картофеля, позволяющая установить наиболее ресурсоемкие операции и, в результате их совершенствования, минимизировать затраты на их выполнение в заданных условиях производства.

На защиту выносятся:

- методология обоснования направлений по совершенствованию средств механизации и технологических приемов для снижения ресурсоемкости при производстве картофеля применительно к зональным условиям;

- создание технических средств по формированию профиля клубненесущего слоя почвы и перемещения урожая картофеля с оптимизаций их параметров и рекомендациями по применению, повышающих степень механизации работ и снижающих их ресурсоемкость;

- комплексы машин для зональных и производственных условий, обеспечивающие снижение ресурсоемкости производства картофеля, методика их оценки.

Практическая ценность и реализация результатов исследований.

Оптимизированы параметры технических средств, определены состав и структура комплексов машин по возделыванию картофеля, адаптированные к конкретным почвенно-климатическим условиям, позволяющие снизить ресурсоемкость технологического процесса его производства.

Разработаны рабочие органы и усовершенствованы машины по формированию клубненесущего слоя при возделывании картофеля для условий Среднего Урала, позволяющие улучшить условия вегетации и уборки урожая.

Разработаны и апробированы в производственных условиях средства механизации погрузочно-разгрузочных работ при уборке картофеля в конкретных почвенно-климатических условиях Среднего Урала, позволяющие повысить проходимость транспортных агрегатов и обеспечивающие своевременность вывоза урожая с поля, особенно в неблагоприятных условиях работы.

Результаты исследований одобрены и рекомендованы к внедрению.

Научно-техническим советом министерства сельского хозяйства Свердловской области принято решение о внедрении результатов исследований в производство. Решением исполнительного комитета Свердловского областного совета народных депутатов №94 от 5.03.1987 года поставлена задача изготовить для предприятий области 95 тысяч МОК.

Решением проблемного совета от 12.02.1982 года по выполнению задания 16.06 и задания 0.СХ.108 «Разработать и внедрить комплекс мероприятий по повышению эффективности использования тракторов, автомобилей, сельскохозяйственных машин для Нечерноземной зоны РСФСР» одобрены разработки Свердловского СХИ по внедрению в производство комбинированных агрегатов и средств повышения проходимости тракторных транспортных агрегатов.

Результаты исследований одобрены и рекомендованы к внедрению научно-техническим советом Межрегионального комитета по сельскохозяйственному машиностроению Ассоциации экономического взаимодействия областей и республик Уральского региона 8.04.2007 г.

Отдельные разработки внедрены в производство предприятиями Свердловской области, в том числе совхозами «Криулинский», «Хромцово», «Косулин-ский», СПК «Первоуральский», Бисертским заводом сельскохозяйственных машин, а также фермерскими хозяйствами.

Результаты исследований используются в учебном процессе ФГОУ ВПО «Уральская государственная сельскохозяйственная академия» и ФГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет».

Апробация работы. Основные положения результатов исследования докладывались на совещании отделения ВАСХНИЛ по НЗ РСФСР (1982 г.), научно-техническом совете министерства сельского хозяйства Свердловской области (1984 г.), научных конференциях УралНИИСХОЗа (1985 г.), на международных, республиканских и региональных научных конференциях Челябинского государственного агроинженерного университета (1966 - 2007 гг.), Уральской государственной с.-х. академии (1966 - 2007 гг.), Белорусской е.- х. академии (1972 г.) и других.

Публикации. По результатам исследований опубликованы монографии, более 50 научных работ и рекомендаций, изданных в центральных и региональных журналах, сборниках научных работ в различных издательствах. Многие разработки по теме признаны изобретениями, на которые получены авторские свидетельства и патенты.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка использованной литературы, включающего в себя 251 наименование, и 44 приложения. Общий объем работы составляет 273 страницы текста, включая 15 таблиц, 83 рисунка.

1. Контроль весновспашка, культивация с боронованием, фрезерование с нарезкой гребней, посадка в гребни; междурядная обработка двухкратная, удаление ботвы, уборка.

2. Полосное фрезерование почвы при возделывании картофеля на грядах является одним из путей экономии энергии относительно сплошного фрезерования при возделывании на гребнях.

3. Исследования РРО для формирования КНС показали его преимущества перед пассивным РО. РРО обеспечивает удовлетворительные параметры КНС; расходует энергию экономнее, чем ПРО; обеспечивает снижение количества сорняков в зоне расположения гнезд.