автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности работы улавливающей системы смородиноуборочного комбайна

На правах рукописи

УТКОВ Алексей Эдуардович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФЕКТИВНОСТИРАБОТЫ

УЛАВЛИВАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ СМОРОДИНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Мичуринск 2004

Работа выполнена в I осударственном научном учреждении Всероссийский селекционно-технологический институт садоводства и

Официальные оппоненты: Ильинский Александр Семенович,

Ведущая организация: Федеральное государственное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению агропромышленного комплекса»

Защита состоится апреля 2004 года в 1200 на заседании диссертационного совета К 220.041.01 при Мичуринском государственном аграрном университете по адресу: 393760, г. Мичуринск, ул. Интернациональная 101, зал заседаний диссертационного совета

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке университета

пигомниководства (ГНУ ВСТИСГ1).

Научный руководитель' Цымбал Александр Андреевич.

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

доктор технических наук, доцент; Манаенков Константин Алексеевич, кандидат технических наук, доцент

Автореферат разослан марта 2004 года.

Ученый секретарь диссертационно! о совета, кандидат технических наук

Михеев Н.В

21| НЪЧЬ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальное п> темы. Дальнейшее совершенствование уборочных машин с целью повышения качества их работы всегда остается актуальным в соответствии с принципами адаптивного ягодоводства -минимально необходимое и достаточно допустимое воздействие рабочих органов на растения, позволяющее стабилизировать полноту улавливания в соответствии с нормами агротребований и которое не снижает их продуктивность в последующий период.

По результатам анализа существующих конструкций улавливающих систем, выявившего их основные технологические недостатки (нанесение повреждений элементам растений и нестабильность достижения установленной агротребованиями полноты улавливания), сделан вывод о необходимости адаптирования улавливателей к изменениям агрофона насаждений. В связи с этим разработка конструкции улавливателя, позволяющего повысить эффективность и стабильность улавливания ягод, является актуальной задачей.

Цель исследований. Повышение полноты улавливания ягод смородины при уборке за счет снижения невозвратимых потерь.

Объект исследований. Система улавливания смородиноубороч-ного комбайна в целом и ее отдельные технические устройства; кусты смородины; рабочие органы лабораторных стендов.

Предмет исследований. Технологический процесс взаимодействия элементов улавливателя с ветвями растений при уборке ягод и его влияние на полноту улавливания стряхиваемых ягод.

Методика исследований. Использованы теоретический анализ выдвинутых рабочих гипотез, проведение многофакторного эксперимента при определении параметров перспективных систем улавливания Теоретическое исследование проводилось на основе известных положений высшей математики по общим инженерным

гооб-4 1655"

расчетам принятых схем функционирования механизмов Экспериментальные лабораторные и полевые исследования по плану ПФЭ 21 выполнены с использованием положений частных методик, приняшх к использованию в отделе механизации ВСТИСП Лабораторно- полевая оценка агротехнических и энергетических показателей проводилась по нормативной документации МИС. Для определения эффективности полученных результатов применена стандартная методика экономической оценки технологических и технических разработок.

Научная новизна. Изучены физико-механические свойства растений черной смородины, и определены их новые параметры в зоне работы улавливателя (структура оснований кустов, просветы между ветвями на высоте 300 мм от уровня почвы). Предложена новая концепция взаимодействия кромки улавливающего диска с ветвями смородины.

Практическая значимость. Разработанные по предложенной концепции элементы конструкции улавливающих дисков использованы в системе улавливания комбайна КПЯ-1. Новая кромка дисков дает возможность проникнуть сквозь внешний контур кустов и уменьшить неперекрытую площадь в основании.

Реализация результатов работы. Результаты исследований приняты во ВСТИСП для использования при совершенствовании комбайна КПЯ-1.

Апробация. Результаты исследований докладывались на Ученом совете ВСТИСП (2000-2003 годы), на заседаниях секции и отделения механизации (2000-2003 годы), на 1-ой международной научно-практической конференции "Земледельческая механика в растениеводстве" (Москва, ВИМ, 2001 год), на 2-ой международной научно практической конференции "Научно-технический прогресс в садоводстве" (Москва, 2003 год).

На защиту выносятся.

■ резулыагы исследований технологических параметров насаждений кусюв смородины на высоте 300 мм от уровня почвы в зоне работы улавливателя;

■ обоснование профиля кромки разрезного диска;

■ обоснование формы кривой разреза;

■ результаты экспериментальных исследований процесса взаимодействия диска с растением;

■ конструкционные изменения дисковых улавливателей

Публикации. Основные положения диссертационной работы

изложены в четырех опубликованных работах. В настоящее время в патентном ведомстве РФ рассматриваются две заявки на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов и библиографии. Работа содержит 111 страниц, 47 схем и рисунков, 14 таблиц, список литературы из 112 наименований, приложений 3.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы основные направления исследований, дана общая характеристика работы.

В первой 1лаве "Уровень механизации и задачи совершенствования системы улавливания смородиноуборочного комбайна" рассмотрены и проанализированы тенденции развития средств для механизированной уборки ягод, представлен обзор теоретических исследований, обоснован ы преимущества компьютерного моделирования при исследованиях по выбранной теме, сформулированы цель и задачи исследований.

На основании работ Бычкова В.В., Варламова Г.П., Волкова Ф.А., Галченко Н.Б., Ильина В.В, Кротова A.M., Кутейникова В.К.,

Меметова ЛР, Оскарева В.В., Пилюгина Л.М , Протасова ВТ., Смирнова И I .. Уткова Ю Л., Фрышева С Г , Цымбала А Л., Чебогаря И.Т., Шомахова Л.Л. и других исследователей проведена классификация существующих технических средств для уборки ягод

На сегодняшний день нет достаточно подробной классификации систем улавливания, поскольку велико их разнообразие. В работе предложена классификация улавливающих устройств по двум направлениям: по форме активируемого куста и по устройству (рис. 1).

УЛАВЛИВМСИЦЛЕ СИСТЕМЫ

Принцип улавливания

Исполнение Конструкции

Воздействие на кусты и ягоды

механическое перекрытие подкронового пространства без 8недрения в зону основания

Выдвижные лотки

РвЗИНОвЫв ДИСКИ

лотки или щетки

механмское перекрытие подкронового пространства с внедрением в зону основания

ПРОСВЕТ постоянней шитны И ИЗМЕН&МЕ ПОЛЕТАЯГОД

просвет постоянной ширины и подадаиЕ основания куста

Прожитие и, «№

Актив ными отражателями

При отделении

При падении

Повсвй длине улщливателя

По секциям улшливателя

Полно

та улавл и

вания

%

Теоретически

88-96

86-90

8-91

Практически

80-82

до 84

до 81

Рис. 1. Классификация улавливающих систем

Установлено, что наиболее распространенные рабочие органы систем улавливания (табл. 1) обеспечивают на приемлемом уровне необходимые показатели качества уборки (полнота улавливания 90%) лишь на идеальном агрофоне. Однако в реальных условиях на

плантациях невозвратимые потери ягод при уборке достигают 40-60% Такое несоответствие определяет необходимость достаточно сложной, трудоемкой и дорогостоящей специальной подготовки кустов на их соответствие агротребованиям уменьшение количества ветвей в кусте, снижение размеров оснований и т д.

Табл. 1. Основные показатели оценки качества работы смородиноуборочных машин, %

Модель Страна Полнота улавливания, % Полнота съема, % Годы выпуска Объем выпуска, шт

МПЯ-1 СССР 73-85 84-96 1980-84 133

МПЯ-1А СССР 88-91 90-96 1985-87 150

МПЯ-1 Б СССР 89-91 96-98 1989-90 75

КПЯ-1 Россия 90-92 96-98 с 1990 по заявкам

Joonas Финляндия 95-96 91-93 с 1983 промыш-ленно

Pattende n Англия 80-82 96-98 с 1976 промыш-ленно

Smallfor d Англия 81-83 92-94 с 1977 промыш-ленно

КПС-2J10C Польша 86-88 95-97 с 1981 единично

KK-1 Болгария 81-83 92-94 с 1976 единично

БГБ-1 Венгрия 82-84 92-94 с 1977 единично

В соответствии с общей целью и основываясь на результатах анализа состояния вопроса для решения сделаны следующие выводы и выбраны задачи:

1 Требования к обработке междурядий остаются в соответствии с I ОСТ 27969-88. Системы улавливания должны в наименьшей

степени быть зависимыми от сосюяния агрофона, то есть табариты куста, урожайность не должны оказывать отрицательного влияния на полноту улавливания Допускаются отклонения в габаритах не более 10-15%

2. Анализ показал, что улавливающие устройства должны быть максимально надежны и просты в эксплуатации.

3. Система улавливания должна взаимодействовать с другими системами комбайна и дополнять их без отрицательного влияния на их производительность.

4. Современным ягодоуборочным комбайнам необходимы такие системы улавливания, которые позволят в максимальной степени перекрыть зону основания с целью снижения потерь.

5. Разросшиеся кусты, что наиболее часто встречается на практике, не должны создавать помех элементам системы улавливания при непрерывном движении комбайна.

6. Для существенного улучшения улавливания ягод требуется внести соответствующие изменения в конструкцию элементов улавливателя.

7. При совершенствовании конструкции системы улавливания нужно, насколько возможно, использовать положительные качества известных конструкций и максимально исключить их недостатки. То есть необходимо соединить достоинства и реализовать их вместе в одном улавливающем устройстве.

Вторая глава "Размерные характеристики и физико-механические свойства насаждений смородины" содержит сведения о новых изученных свойствах растений черной смородины. Разработаны частные методики для определения пространственного расположения ветвей в Iоризонтальной плоскости ряда. Все исследования новых свойств осуществлялись на высоте 300 мм - в зоне работы улавливателей.

Определена зависимость (рис. 2) между прилагаемым усилием и углом наклона ветви, а также произведена оценка оптимального давления, развиваемого рабочими органами улавливающей системы на

ветви и прилагаемым усилием (а-упругость ветви в группе, Ъ-упругостъ отдельной ветви)

Кривая Ь характеризует упругие свойства ветви, находящейся в свободном положении. Реакция ветви представляет собой плавную кривую, аналогичную кривой а на участке А-Б. Отсутствие промежутка аналогичного Б-В объясняется отсутствием других, подпираемых ветвей, добавляющих нарастающее сопротивление к измеряемому.

Кривая а характеризует упругие свойства ветви, коюрая имеет одну или несколько точек соприкосновения с другими ветвями куста. При первоначальном приложении силы происходит упругая деформация ветви на участке А-Б, по свойствам аналогичная кривой е. С дальнейшим уменьшением угла наклона <р к вертикальному положению происходит резкое увеличение реакции ветви Р, вызванное возросшим общим сопротивлением куста (участок Б-В). То есть ветвь соприкасае1ся с другой ветвью, потом еще с другой и т. д. Общая реакция куста в таком случае складывается из суммы реакций всех

ветвей, входящих в I руппу. 1аким образом точку Б можно условно назвать точкой перегиба графика

Анализ полученных данных позволяет сделать следующее заключение' усилие, развиваемое элементами улавливающей системы, должно находиться в пределах точки Б, так как дальнейшая деформация ветви нерациональна из-за возможного повреждения коры растений Согласно полученным данным максимально допустимое усилие, развиваемое рабочими элементами улавливателя, входящими в прямой контакт с ветвями растения, не должно превышать 15-20 Н.

В процессе определения взаимного расположения ветвей в пространстве фиксировались следующие параметры (табл. 2):

• координаты ветвей (х,у);

• диаметр ветвей (<3„);

• количество ветвей на куст (Н,).

Обработка материалов исследования проводилась на компьютере при помощи программы "Компас-График версия 5.5" и позволила получить данные для горизонтального сечения куста на высоте 300 мм от уровня почвы.

Табл. 2. Параметры промышленных насаждений черной смородины в

возрасте 4-х лет

Поз Параметр Сорт

Зеленая дымка Черный жемчуг

1 Среднее количество ветвей в кусте 19 34

2 Средний диаметр ветвей, мм 9,9 12,5

3 Средняя площадь куста, м2 0,19 0,25

4 Средняя величина просвета между ветвями, см 12,0 10,7

В процессе анализа полученных данных была определена оптимальная ширина выдвижных лотков (рис. 3), которая сможет обеспечить наиболее полное глубокое внедрение в основание куста с целью его перекрытия Значение ее ширины составляет 30 мм, а глубина вхождения в основание куста ограничивается наличием препятствующих ветвей.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Ширина просвета, см

Рис. 3. Вероятностная характеристика ширины просвета

Рис. 4. Возможное перекрытие оснований по сортам 1 -просветы;

2-перекрытое пространство

Однако, как показали расчеты, как бы не был идеален улавливатель - не представляется возможным перекрыть всю зону

основания на 100% (рис 4). Все равно остается пространство между ветвями в центре куста, куда могут просыпаться ягоды, отделенные амивагором

В третьей главе "Теоретический анализ процесса взаимодействия улавливателя с основанием кустов" сформулированы основные цели теоретических исследований, получены теоретические зависимости, описывающие исследуемые процессы, произведены расчеты, позволившие определить параметры, влияющие на процесс проникновения диска сквозь внешний контур куста смородины

Охватывание ветви поверхностью диска позволяют осуществить разрезы на его плоскости, выполненные таким образом, чтобы ветвь имела возможность беспрепятственного вхождения и выхода из конгура диска. Таким образом контур диска и контур основания куста будут перекрываться друг другом, уменьшая, тем самым, площадь неперекрываемого пространства.

Моделирование профиля диска в улавливающем устройстве ягодоуборочного комбайна выполнялось на компьютере графическим методом при помощи российской программы "КОМПАС".

\

о

ч

Рис. 5. Схема к определению аналитических зависимостей формы разреза

Более точный профиль разреза был получен аналитическим метолом также при помощи компьютерного расчета. Совместно с профессором Горского ГАУ А.Б. Кудзаевым были проведены расчеты, дополненные алгоритмом определения профиля кривой

Из треугольника ОАА" (рис. 5) можно записать соотношение.

/V =1гОА +llr,-2l0JAÍ„cosa0. (1)

Величина lOA~R,¡, а угол «0 можем определить из соотношения

Н

sin а„ = —

Ясно, что в этом случае

и н2 eos а„ = J1--~

R d

С учетом последних зависимостей выражение (1) примет вид

(2)

Если для угла А а, на величину которого происходит поворот точки касания диска со штамбом А, выполняется условие

А аЯ=1АА",

то

Да =

К ' <3)

Из того же треугольника ДОАА " можем записать условие I 4л" =Iqa + — 2/04/04„ COS<20 5

от куда

cos«2 =

/2 +/2 -/2 4)4 T1«1 41

21 l

"с; ra 1

Из последнего условия с учетом выражений (2) и (3) зависимость для расчета угла а2 будет иметь вид

а,

: arceos

Rd~lM Л

• Н

■КааФ,

■Н

(4)

Если посмотреть на треугольник АОА'А", то величина угла заключенного между сторонами ОА' и ОА", будет равна

а/-=Ла-а2 .

Гогда с учетом выражений (3) и (4) будем иметь

к R.,

arceos

R2d-lAjR2d-H2

Rd^JRd +lAA

(5)

Из этого же треугольника АОА 'А "следует, что отрезок 10в ~ ордината кривой, то есть у', а 1ВЛ - абсцисса, то есть л:'. Тогда выражения для расчета координат х' и у' будут

x'=-l()4 sin а, у'=1,и cosa,

Или

Гаким образом, полученные выражения позволяют построить базовую линию выреза (рис. 6).

Rl-lufiyTÍ1

^л/^ + 'ы -21,,-jR^Tr

У = р)-1]1 2/u <Jfí)-H> tos

к,

R'.-luW-H

-21 и |

Величина 1ЛЛ ■■ изменяется в пределах 1аа" э [0; 2К.,|С08Ио]. Было решено уменьшить ширину прорези до оптимального значения 45 мм. Как показали исследования, уменьшение ширины

разреза до расчиганной, вызывает отклонение ветви от начального положения лишь на 4°, что не оказывает отрица1ельного воздействия на растение

Улавливающее устройство с разрезными дисками позволяет уменьшить иеперекрытую площадь на 15-20%, что, соответственно в свою очередь, позволяет повысить полноту улавливания.

Рис. б. Полученные формы кривых разреза и внешний вид

диска

В четвертой главе "Экспериментальные исследования процесса взаимодействия улавливающей системы с растением" приведены материалы первоначальных поисковых исследований, позволивших в последующем провести полномасштабные исследования особенностей двух различных систем улавливания, их воздействия на растения, результаты производственных испытаний.

Промежуточным этапом в улучшении процесса улавливания было функциональное улучшение пары рычаг-рама в стандартном дисковом улавливателе Стандартные спиральные пружины были заменены на

пружины рас!яжения, позволяющие избежать заклинивания и защемления резиновых дисков Были проведены производственные испытания системы улавливания с новым расположением пружин.

Для определения технологического эффекта щеточного улавливателя была построена полиномиальная математическая модель процесса его работы. По результатам выбора, оценки и ранжирования факторов, влияющих на работу улавливателя, факторами варьирования были приняты урожайность куста, частота вращения щетки и ее поступательная скорость, а также количество ветвей, с которыми взаимодействует щетка в процессе работы (табл. 3).

Опыты проводили в лабораторных условиях на специальном стационарном стенде, состоящем из рамы, щеточного барабана, экрана, выполняющего роль улавливателя, направляющих салазок и подвижной тележки с моделью куста.

Табл. 3. Условия планирования эксперимента

Факторы Уровни варьирования Интервал варьирования

Натуральный вид кодированный вид -1 0 + 1

Урожайность, кг/куст X, 1 2 1,65 2,1 0,45

Скорость движения, м/с 0,1 ОД 0,3 0,1

Скорость вращения, мин 1 Х2 50 100 150 50

Количество ветвей, шт Хз 7 10 12 2-3

Уравнение регрессии с учетом значимых коэффициентов, полученных по результатам расчетов, имеет вид.

у=45,61 +11,5 1х2-5,56Х1Х2+10,41х1хз.

Результаты проведенного факторного эксперимента подтвердили существенность взаимовлияния факторов х, х2 х-,, а также работоспособность улавливающей системы с активным рабочим органом, выполненным в виде цилиндрической щетки.

Следующим этапом стало определение эффективности предложенной конструкции по сравнению с классической моделью -дисковым улавливателем. Для выполнения соответствующего анализа потребовалось провести дополнительно два синхронных факторных эксперимента, позволяющих сделать сравнение характеристик двух различных улавливающих систем (щеточной и дисковой) в одинаковых условиях (табл. 4).

Табл. 4. Условия планирования эксперимента

Факторы Уровни варьирования Интервал варьирования

Натуральный вид кодированный вид -1 0 + 1

Урожайность, кг/куст X, 1,2 1,65 2,1 0,45

Скорость движения, м/с х2 0,1 0,2 0,3 0,1

Степень перекрытия, % X, 66 75 84 9

Уравнения регрессии для двух опытов с учетом значимых коэффициентов, полученных по результатам расчетов, имеют вид: а) у=88,44+2,41хз-1,19X1X2, б) у=74+1,925x1+3,35хз+1,625х2хз.

Анализ полученных зависимостей позволяет оценить влияние урожайности, скорости движения комбайна и степени поджатия кустов смородины улавливающим устройством на полноту улавливания отделенных ягод.

Рис. 7. Поверхности откликов нормальной составляющей выходного параметра в дисковом улавливателе в зависимости от урожайности кустов, скорости движения комбайна и степени перекрытия зоны основания

ч! " •

Рис. 8. Поверхности откликов нормальной составляяющей выходного параметра в щеточном улавливателе в зависимости от урожайности кустов, скорости движения комбайна и перекрытия зоны основания

Сравнительная оценка двух вариантов систем улавливания позволяет сделать вывод, что в одинаковых условиях дисковая система в 1,24 раза (примерно на 18%) эффективнее щеточного улавливателя и в меньшей степени подвержена воздействию природных неконтролируемых факторов, каким, в частности, является урожайность черной смородины. Однако в дисковом улавливающем устройстве очень сложно из-за физических свойств материалов, из которых

изттовлены детали, регулировать степень гюджатия кустов в основании Поэтому было принято решение внести изменения в конструкцию дисков с целью получения возможности внедряться внутрь куста для увеличения степени перекрытия в зоне основания

Следующий эксперимент состоял в определении воздействия диска улавливателя на ветвь растения и заключался в измерении усилий, оказываемых диском на ветвь при его движении.

Во избежание просыпания ягод сквозь разрезы, последние были закрыты слоем эластичной листовой резины, которая "охватывает" ветвь растения во время контакта. Для обеспечения качественного "охватывания" ветви в эластичном листе выполнялась прорезь определенной формы, оптимизированная экспериментальным путем из десяти возможных вариантов.

Табл. 5. Формы радиальных прорезей на диске и величина усилия их

воздействия на ветвь

Форма разреза и порядковый номер 1 г, т, Т. / ^ 5

Среднее усилие, кг с 0,5 0,3 0,4 0,6 0,5

Форма разреза и порядковый номер ^ 6 + 7 \/ Ф 8 /\ А 9 / / / г 1 0

Среднее усилие, кг с 0,6 0,8 0,9 0,9 1,3

Наиболее оптимальной формой разреза выбрана форма №2 из таблицы 5. Эта кривая получена как эквидистантная к кривой входа ветви в плоскость диска, и обеспечивающая минимальное

сопротивление с ветвыо в начале движения Схема с I роения участка диска с разрезом изображена на рисунке 9.

Были проведены последовательные испытания предложенных и разработанных систем улавливания. В сезон 2002 г. испытывалась система с модернизированными пружинами, а в сезон 2003 г. с модернизированными дисками.

В процессе испытаний было выявлено, что наилучшее функционирование второй системы улавливания достигается при скорости 2,0-2,5 км/ч, которая соответствует оптимальным параметрам работы комбайна.

В пятой главе "Экономический анализ процессов улавливания ягод" приведен сравнительный анализ показателей качества работы комбайна КПЯ-1 со стандартной и модернизированной системами улавливания.

Расчет полноты улавливания производился по результатам выхода ягод'

Пу=Ук-П, где Ук - урожайность куста;

П - потери при улавливании.

Экономический анализ процесса улавливания проведен с учетом данных, полученных при производственной оценке экспериментального варианта системы улавливания, когда было установлено снижение потерь при уборке ягод до 34%, а увеличение полноты улавливания до 86.4% при базовой 80,0% и повышение эффективного сбора ягод до 3,78 т/га.

Экономическая эффективность от использования новой конструкции системы улавливания составляет 4600 руб/га.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы и рекомендации-1. Анализ технологических систем улавливания и показателей их работы в ягодоуборочных комбайнах всех известных типов показал, что полнота улавливания при уборке обычных насаждений не выше 40-60%;

2 Установлено, что на рабочей, определяемой агротребованиями высоте прохождения улавливателя (-300 мм) размещается 19-34 ветвей средним диаметром 10-12,5 мм, средняя ширина просветов во внешнем контуре колеблется от 107 до 120 мм, величина усилий отклонения единичных ветвей находится в пределах 15-20 Н, а при условии их подпора последующими ветвями достигает 40 Н. 3. Обоснован выбор и рассчитана траектория вхождения (проникновения) отдельной ветви в контур улавливающего дика при прокатывании его вдоль жестко стоящих отклоненных ветвей. Определено, что шаг размещения повторяющих траекторий прорезей на диске должен быть в пределах 100-120 мм 4 Теоретически обоснована предпочтительная техноло! ическая схема и разработана конструкция улавливающего диска с прорезями по кривой подковообразного вида

5. Разрабогана система улавливателя с фупповым размещением прорезных дисков и пружинным компенсатором возврата, по которому установлены технико-технологические парамефы жест кос i и пружин 15-20 Н На конструкцию системы подана заявка на патенi.

6. По результатам лабораюрных, лабораторно-полевых исследований и данных производственной проверки установлены предваригельные показатели надежности дисков (до 30 часов/отказ) и системы улавливания.

7. Использование созданной системы улавливания с разрезными дисками обеспечивает снижение потерь до 34%, получение экономического эффекта 4600 руб/га, что подтверждено в ходе производственного использования разработок в СХПК "Племзавод Майский" Волоюдской области.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Утков А.Э. Перспективы совершенствования методов и устройств для улавливания ягод в комбайнах.// Машинные технологии и техника для производства льна, хлопчатника, овощей, продукции садоводства. Сборник научных докладов. - М. -2001. - Т. 5 -С 69

2. Утков Ю.А., Цымбал A.A., Утков А.Э. Уборочные машины для современного товарного производства ягод // Садоводство и виноградарство. - 2002. - №3. - С. 15.

3. Утков А.Э., Яцков Р.П. Компьютерные технологии в исследованиях по механизации садоводства.// Научно-технический npoiрссс в садоводстве Сборник научных докладов. - М - 2003.-Т 1. -С. 283.

4. Хорошилов В.Н., Утков А О. Оценка взаимовлияния гехнологий и конструкций комбайнов на потери при уборке

смородины// Научно-1ехнический пр<лресс в садоводстве Сборник научных докладов -М -2003 -Т 1 -С. 314

Отпечатано в ООО «Компания Спутник+» ПД № 1 -00007 от 25 09 2000 Подписано в печать 26.02 2004 Тираж 100 экз+Усл П л 1,5 Печать авторефератов: (095) 730-47-74

РНБ Русский фонд

2006-4 1655

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. УРОВЕНЬ МЕХАНИЗАЦИИ И ЗАДАЧИ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМЫ УЛАВЛИВАНИЯ СМОРОДИНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА.

1.1. Типы и конструкции систем комбайна.

1.2. Требования к агрофону.

1.2.1. Характеристика участков.

1.2.2. Характеристика растений.

1.3. Обзор известных улавливающих устройств.

1.4. Сравнительная оценка ягодоуборочных комбайнов и перспективы развития систем улавливания.

ГЛАВА 2. РАЗМЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАСАЖДЕНИЙ СМОРОДИНЫ.

2.1. Анализ сведений об изученных свойствах смородины.

2.2. Определение упругих свойств растений в основании.

2.3. Определение пространственного положения ветвей в горизонтальной плоскости ряда.

ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ УЛАВЛИВАТЕЛЯ С ОСНОВАНИЕМ КУСТОВ.

3.1. Обоснование направления теоретических исследований.

3.2. Создание новой кромки на улавливающих дисках.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ПРОЦЕССА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

УЛАВЛИВАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ С РАСТЕНИЕМ.

4.1. Обоснование последовательности экспериментальных исследований.

4.2. Методика исследований.

4.3. Анализ уравнения регрессии.

4.4. Сравнительная оценка улавливающих устройств щеточного и дискового типа.

4.5. Анализ уравнений регрессии для двух типов улавливания.

4.6 Определение воздействия диска улавливателя на ветвь растения.

4.7 Производственные испытания улавливающих систем.

4.7.1. Система улавливания, модернизированная пружинами растяжения.

4.7.2. Система улавливания с разрезными дисками.

ГЛАВА 5. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ

УЛАВЛИВАНИЯ ЯГОД.

ВЫВОДЫ.

Для обеспечения населения и перерабатывающих отраслей пищевой и фармацевтической промышленности в плодах и ягодах, обладающих ценными пищевыми и лечебно-профилактическими свойствами, необходима система промышленного возделывания этих культур. Определяющим звеном в технологическом процессе производства ягод является механизированная уборка урожая, так как при ручной уборке около 80% общих трудовых затрат по возделыванию плодоносящих ягодников приходится на сбор ягод [1].

Создание и внедрение в производство высокопроизводительных машин для уборки смородины и других культур позволило значительно увеличить производительность, существенно сократить затраты труда и повысить рентабельность производства ягод в целом [2], фактически вывело технологию выращивания смородины на уровень промышленного производства.

На сегодняшнем этапе разработки ягодоуборочной техники на первый план вышла задача уменьшения негативного воздействия рабочих органов машин на растения и снижения потерь ягод при уборке. Отдельные элементы уборочных машин, контактирующие с ветвями растения, могут вызывать повреждения ветвей, обдиры коры, смятие отделенных ягод и т.д. [3]. В настоящее время производители ягодной продукции несут огромные убытки, связанные, в первую очередь, с потерями при улавливании. До 4060% ягод теряются во время уборки. Это связано как с состоянием агрофона, так и с несовершенством уборочной техники. В реальности насаждения ягод не соответствуют установленным требованиям: разросшиеся основания достигают 70-80 см (вместо положенных 35 см), междурядья, как правило, не задерняются должным образом -сорная растительность, порой, перерастает культурные насаждения.

Поэтому дальнейшее совершенствование уборочных машин с целью повышения качества их работы всегда будет актуальным в соответствии с принципами адаптивного ягодоводства - минимально необходимое и достаточно допустимое воздействие рабочих органов на растения, позволяющее стабилизировать полноту улавливания в соответствии с нормами агротребований и не снижающее их продуктивность в последующий период.

По результатам анализа существующих конструкций улавливающих систем, выявившего их основные технологические недостатки (нанесение повреждений элементам растений и нестабильность достижения установленной агротребованиями полноты улавливания), сделан вывод о необходимости адаптирования улавливателей к изменениям агрофона насаждений. В связи с этим, разработка конструкции улавливателя, позволяющего повысить эффективность и стабильность улавливания ягод, является актуальной задачей.

С другой стороны на современном уровне развития компьютерной техники существуют высокоэффективные программные комплексы для динамического и кинематического анализа механических систем. Использование подобных комплексов при создании и всестороннем анализе виртуальных компьютерных моделей разрабатываемого изделия на ранних стадиях проектирования, проверочного расчета и анализа работы уже спроектированных изделий позволяет заменить проведение натурального моделирования и испытания созданных образцов компьютерным моделированием, значительно сокращая при этом затраты времени и материальных средств. Поэтому применение подобных программных комплексов при решении проблем механизации и совершенствовании технологических процессов уборки ягод также является актуальной задачей.

На современном уровне развития компьютерной техники существуют высокоэффективные программные комплексы для кинематического анализа механических систем. Использование подобных комплексов при создании и всестороннем анализе виртуальных компьютерных моделей разрабатываемого изделия на ранних стадиях проектирования, проверочного расчета и анализа работы уже спроектированных изделий позволяет заменить проведение натурального моделирования и испытания созданных образцов компьютерным моделированием, избегая при этом значительных затрат времени и материальных средств. Поэтому применение подобных программных комплексов при решении проблем механизации и совершенствовании технологических процессов уборки ягод также является актуальной задачей.

Научная новизна работы состоит в изучении физико-механических свойств растений черной смородины и определении их новых параметров в зоне работы улавливателя (структура оснований кустов, просветы между ветвями на высоте 300 мм от уровня почвы). Предложена новая концепция взаимодействия кромки улавливающего диска с ветвями смородины.

Практическую значимость работы составляют разработанные по предложенной концепции элементы конструкции улавливающих дисков использованных в системе улавливания комбайна КПЯ-1. Новая кромка дисков дает возможность проникнуть сквозь внешний контур кустов и уменьшить неперекрытую площадь в основании. На защиту выносятся следующие положения: результаты исследований технологических параметров насаждений кустов смородины на высоте 300 мм от уровня почвы в зоне работы улавливателя; ■обоснование профиля кромки разрезного диска; ■обоснование формы кривой разреза; результаты экспериментальных исследований процесса взаимодействия диска с растением; конструкционные изменения дисковых улавливателей.

Работа выполнена в отделе механизации Всероссийского селекционно-технологического института садоводства и питомниководства в соответствии с планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ВСТИСП по проблеме "Разработать и освоить зональные ресурсосберегающие системы производства, уборки, хранения, переработки и доведения до потребителя экологически безвредной продукции садоводства с высокими пищевыми и вкусовыми качествами и свойствами", зарегистрированной в реестре № 01.9.80 009174.

Результаты исследований докладывались на Ученом совете ВСТИСП (2000-2003 годы), на заседаниях секции и отделения механизации (2000-2003 годы), на 1-ой международной научно-практической конференции "Земледельческая механика в растениеводстве" (Москва, ВИМ, 2001 год), на 2-ой международной научно практической конференции "Научно-технический прогресс в садоводстве" (Москва, 2003 год).

Результаты исследований приняты во ВСТИСП для использования при совершенствовании комбайна КПЯ-1 и к внедрению СХПК "Племзавод Майский".

ВЫВОДЫ

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы и рекомендации:

1. Анализ технологических систем улавливания и показателей их работы в ягодоуборочных комбайнах всех известных типов показал, что полнота улавливания при уборке обычных насаждений не выше 40-60%;

2. Установлено, что на рабочей, определяемой агротребованиями высоте прохождения улавливателя (-300 мм) размещается 19-34 ветвей средним диаметром 10-12,5 мм, средняя ширина просветов во внешнем контуре колеблется от 107 до 120 мм, величина усилий отклонения единичных ветвей находится в пределах 15-20 Н, а при условии их подпора последующими ветвями достигает 40 Н.

3. Обоснован выбор и рассчитана траектория вхождения (проникновения) отдельной ветви в контур улавливающего дика при прокатывании его вдоль жестко стоящих отклоненных ветвей. Определено, что шаг размещения повторяющих траекторий прорезей на диске должен быть в пределах 100-120 мм.

4. Теоретически обоснована предпочтительная технологическая схема и разработана конструкция улавливающего диска с прорезями по кривой подковообразного вида.

5. Разработана система улавливателя с групповым размещением прорезных дисков и пружинным компенсатором возврата, по которому установлены технико-технологические параметры жесткости пружин 15-20 Н. На конструкцию системы подана заявка на патент.

6. По результатам лабораторных, лабораторно-полевых исследований и данных производственной проверки установлены предварительные показатели надежности дисков (до 30 часов/отказ) и системы улавливания.

7. Использование созданной системы улавливания с разрезными дисками обеспечивает снижение потерь до 34%, получение экономического эффекта 4600 руб./га, что подтверждено в ходе производственного использования разработок в СХПК "Племзавод Майский" Вологодской области. 101

1. Варламов Г.П., Борисова Г.В., Бычков В.В., Цымбал А.А. Состояние и тенденции развития конструкции машин для уборки ягод. Обзорная информация-серия 2, вып. 2. ЦНИИТЭИ тракторсельхозмаш.-М.-1985, с. 39.

2. Кашин В.И., Утков Ю.А. Принципы создания средств механизации для уборки ягод. Тракторы и сельхозмашины. 1995, №7.-с. 26-30. ■

3. Зейналов А.С. Влияние механизированной уборки урожая на фитосанитарное состояние насаждений смородины.// Плодоводство и ягодоводство России: Сб. научн. работ. ВСТИСП.-М.,2000.- т.7.- с.255-260.

4. Цымбал А.А., Меметов А.Р. Механизация сбора смородины.// Достижения науки и техники АПК. № 7.- с. 55-56.

5. Варламов Г.П. и др. Тенденция развития конструкций машин г* и приспособлений для уборки плодов и ягод. М.,1971, с. 43-67.

6. Галченко Н.Б. Современные приемы механизации уборки плодов и ягод. Обзорная информация. М.,1974 -88 с.

7. Кутейников В.К. и др. Механизация работ в садоводстве. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Колос, 1983-319 е., ил.

8. Бурмистров А.Д. Ягодные культуры. Ленинград: Колос, 1972-384 е., ил.

9. Варламов Г.П. и др. Машины для формирования кроны и уборки урожая плодовоягодных культур. М.: Машиностроение,1975-206 с.

10. Утков Ю.А. Машины для уборки черной смородины.// Плодоовощное хозяйство.- 1986.- № 5.- с. 21-24.

11. Отчет государственных испытаний ягодоуборочных машин МПЯ-1, КК-1, БГБ-1, "Паттенден", "Смаллфорд" для уборки ягод черной смородины. НЧГЗМИС.- Курск-1977.-196 с.

12. Day Е. Mechanical Harvesting of Soft Fruit // The Agricultural Eng.-1981.-vol.36 ,№2. -p.45-47.

13. Pattenden engineering ltd. Marden, Kent. Pattenden straddle harvesters. Annual report,4/ Marden, Kent, 1975.-48c

14. Dale A., Hanson E.I., Yarborough D.E. Mechanical harvesting of berny crops. Hortic. Rervs., New York etc. 1994, Vol 16-P 255-382c

15. O'Brien M., Cardill B.F., Fridley R.B. Principles and practices for harvesting and handdling frrruits and nuts. AVI- USA,Cdlif., 1983.63 p.

16. Протокол № 34-39-85 (3032410) государственных приемочных испытаний смородиноуборочного комбайна КПС-3. ВГЗМИС.-Покров-1985.-83с.

17. Варламов Г.П., Стрекач А.П. Комплекс машин на базе смородиноуборочного комбайна "Йоонас" / Тракторы и с.-х. машины. 1989.- № 1.- с. 55-56.

18. Смородиноуборочный комбайн "Йоонас Интернэшнл". Новатор механизированного производства; проспект фирмы "Ракеннустемпо" (Финляндия).-1987.

19. Бычков В.В. и др. Модернизованный комбайн МПЯ-1 А для уборки черной смородины// Техника в сельском хозяйстве.-1987.-Nq12.-C. 19.

20. Решение о постановке на производство МПЯ-1 А (Р.71.71) № 890. от 9.10.1985.

21. Технические условия на комбайн МПЯ-1 А.

22. Протокол № 32-39-84 государственных приемочных испытаний комбайна для уборки смородины МПЯ-1А.-Центрально-Черноземная МИС.-Курск.-1984.

23. Протокол № 34-32-85 государственных приемочных испытаний комбайна для уборки смородины МПЯ-1А.-Владимирская МИС.-Покров.-1985.

24. А.с. 1709944 (СССР) Способ сбора ягод/НИЗИСНП; авт. Ильин В.В., Меметов А.Р., Цымбал А.А., Хайлис Г.А., Бычков В.В. .;заявл. 27.11.89.; опубл. 07.02.92.

25. Решение о внедрении положительных решений в конструкцию комбайна для уборки смородины МПЯ-1А от 19.05.1898.

26. Бычков В.В., Шкафар В.А., Цымбал А.А. и др. Новый комбайн для уборки смородины// Механизация и электрификация с/х. -1991.- № 8, с.26-27.

27. Ильин В.В., Цымбал А.А., Меметов А.Р., Бычков В.В. Новый ягодоуборочный комбайн КПЯ-1: совершенствование системы улавливания ягод.// Тракторы и с.-х. машины. 1991.- № 9.- с. 3235.

28. Протокол № 32-45-90 государственных приемочных испытаний комбайна для уборки смородины КПЯ-1.- ЦЧМИС.-Курск.-1990.

29. ГОСТ 27969-88. Комбайны для уборки смородины. Общие технические требования.

30. Утков Ю.А., Цымбал А.А. Развитие механизации уборки ягодных культур. Обзорная информация. М., 1979-40 с.

31. Решение о постановке на производство МПЯ-1 № 268 от 29.12.1978.

32. Протокол № 32-57-78 государственных приемочных испытаний комбайна для уборки смородины МПЯ-1.-ЦЧМИС.-Курск.-1978.

33. Утков Ю.А., Цымбал А.А., Пиленко П.И. Особенности использования машины МПЯ-1.// Техника в сельском хозяйстве.-1985-№9.-с.

34. Цымбал В.Д., Винер А.Е. Сборник научных трудов НИЗИСНП. 1979.

35. Цымбал В.Д., Ильинский А.С., Чарушников В.А. и др. Результаты испытания устройств для транспортировки ягод черной смородины с одновременной очистки от посторонних примесей. Плодоводство и ягодоводство нечерноземной полосы. Том 10. М-1977-с. 96-103.

36. Утков Ю.А. и др. Особенности использования машины МПЯ-1. Техника в сельском хозяйстве №9, 1985, с.-44.

37. Фрышев С.Г. Совершенствование комбайна МПЯ-1. Садоводство, виноградарство и виноделие Молдавии. №9, 1985, с.-48.

38. А.с. 214923 (СССР) Улавливающее приспособление к плодоуборочным машинам. НИЗИСНП; авт. Кротов A.M., Пилюгин М.Л., Утков Ю.А., Протасов В.Т.; заявл. 17.02.67.; опубл. 29.03.68.

39. А.с. 290742 (СССР) Устройство для улавливания плодов и ягод. НИЗИСНП; авт. Кротов A.M., Утков Ю.А., Гаврилюк Н.П.; заявл. 25.08.69.; опубл. 06.01.71.

40. А.с. 296526 (СССР) Улавливатель ягод. НИЗИСНП; авт. Утков Ю.А., Трушин К.Д.; заявл. 10.11.69.; опубл. 02.03.71.

41. А.с. 350433 (СССР) Улавливатель к ягодоуборочным машинам. НИЗИСНП; авт. Кротов A.M., Утков Ю.А., Гаврилюк Н.П.; заявл. 04.03.71.; опубл. 13.09.72.

42. А.с. 618071 (СССР) Ягодоуборочная машина.; авт. Ульянов

43. A.Ф., Чарушников В.А., Ильинский А.С. и др.; заявл. 1977.; опубл. 1978.

44. А.с. 1729323 (СССР) Улавливающее устройство ягодоуборочной машины. НИЗИСНП; авт. Утков Ю.А., Ильин

45. B.В., Бычков В.В.; заявл. 25.12.89.; опубл. 30.04.92.

46. А.с. 297343 (СССР) Ягодоуборочная машина. НИЗИСНП; авт. Утков Ю.А., Кротов A.M., Лазарь Б.М.; заявл. 23.05.69.; опубл. 11.03.71.

47. Ильинский А.С., Чарушников В.А. Пневматическая транспортировка и очистка ягод в машине непрерывного действия. Реф. сборник ЦНИИТЭИ Тракторы и Сельхозмаш, серия "сельхозмашины, агрегаты и узлы", 1977, вып. 4, с. 25-27.

48. Рекомендации по применению методов математического планирования эксперимента в механизации уборочных работ в садоводстве., М.: НИЗИСНП, 1987-92 с.

49. А.с. 791299 (СССР) Ягодоуборочная машина. НИЗИСНП; авт. Утков Ю.А., Кротов A.M., Оскарев В.В., Бычков В.В.; заявл. 13.06.79.; опубл. 30.12.80.

50. А.с. 1042653 (СССР) Ягодоуборочная машина. НИЗИСНП; авт. Утков Ю.А., Цымбал А.А., Оскарев В.В., Бычков В.В.; заявл. 19.05.82.; опубл. 23.09.83.

51. Бычков В.В. и др. Новый комбайн для уборки смородины. Механизация и электрификация сельского хозяйства. №8, 1991, с.-26.

52. Комбайн для уборки смородины КПЯ-1. Технические условия 23.2.2229-91.

53. Чеботарь И.Т., Утков Ю.А., Цымбал А.А и др. Обоснование конструкции универсального комбайна для уборки ягод. / / Тракторы и с.х. машины. 1988.- № 8.- с. 32-33.

54. Чеботарь И.Т., Утков Ю.А. Обоснование конструкции универсального ягодоуборочного комбайна.// Садоводство и виноградарство Молдавии. 1988.- № 9.- с. 19-23.

55. Чеботарь И.Т., Комогорцев В.Ф., Утков Ю.А. Обоснование конструкции ковшового улавливателя ягодоуборочного комбайна СВК-4С. // Садоводство и виноградарство Молдавии. 1991.- № П.- с. 46-48.

56. Протокол № 34-32-88 государственных приемочных испытаний универсального ягодоуборочного комбайна СВК-4С.-Владимирская МИС.-Покров.-1988.

57. Кривоносова А.Д., Кривцова Е.А., Утков Ю.А. Механизированная уборка ягод. М.: изд. НИЗИСНП, 1967-108 с.

58. Михеев Н.В., Гордеев А.С. и др. Механизация уборки плодов и ягод. Техника в сельском хозяйстве.-№9, 1980.

59. Михеев Н.В. Изыскание рациональной схемы улавливающего устройства ягодоуборочного комбайна. Механизация производственных процессов в садоводстве. Сборник научных трудов. ВНИИС им И.В. Мичурина Мичуринск - 1982 - вып. 37, с. 55;

60. Михеев Н.В. Результаты испытаний комбайнов для уборки смородины. Эффективность агротехнических приемов в интенсивном садоводстве. Сборник научных трудов. ВНИИС им И.В. Мичурина- Мичуринск-1983-, вып. 38, с. 104;

61. Михеев Н.В., Варламов Г.П. Пути снижения потерь ягод при уборке смородины комбайном МПЯ-1. Пути интенсификации садоводства. Сборник научных трудов. ВНИИС им И.В. Мичурина Мичуринск-1984-, вып. 42, с. 104;

62. Михеев Н.В., Варламов Г.П., Борисова Г.В. Зарубежные ягодоубор очные комбайны. Садоводство, виноградарство и виноделие Молдавии, №9, 1985, с 50

63. Михеев Н.В. Исследование процесса улавливания ягод в поточных ягодоуборочных комбайнах. Исследование рабочих органов машин для возделывания и уборки плодово-ягодных культур и винограда. Сборник научных трудов. ВИСХОМ, М-1987-с. 66-72;

64. Протокол № 34-21-83 (6053310) государственных испытаний смородиноуборочного комбайна "Йоонас" (Финляндия). ВГМС.-Покров-1983.-91с.

65. Протокол № 22-22-86 (301110) государственных приемочных испытаний комбайна для уборки смородины "Йоонас" (Финляндия). Правдинский.-1986.-83с.

66. Протокол № 32-39-84 государственных приемочных испытаний комбайна для уборки смородины МПЯ-1А.-Центрально-Черноземная МИС.-Курск.-1984.

67. Варламов Г.П. и др. Зарубежные ягодоуборочные комбайны, испытанные в СССР. Садоводство, виноградарство и виноделие Молдавии. №9, 1985.

68. Варламов Г.П. и др. Тенденция развития конструкций машин и приспособлений для уборки плодов и ягод. М., 1971, 43-67.

69. Волков Ф. и др. Методы исследования в плодоводстве ГДР и ПНР. Сборник отчетов. М., ВИНТИСХ, 1968.

70. Головинский И. Механизированный сбор плодов. -Садоводство, 1972, №8, 11-12.

71. Дубровский А. и др. К вопросу создания вибрационных машин для сбора ягод. Тракторы и сельхозмашины, 1970, № 7, 31-32.

72. Князьков В. и др. Уборка и товарная обработка плодов и ягод. Садоводство, 1972, № 9, 44-45.

73. Механизация картофелеводства, бахчеводства, овощеводства и садоводства. Сборник научных работ, Саратов, 1972, вып. 13, 3-11.

74. Утков Ю.А. Об усовершенствовании ягодоуборочных машин. Садоводство, виноградарство и виноделие Молдавии, 1970, No 5, 38-40.

75. Цыцив М. Вибрационная уборка ягод с кустарниковых насаждений. Тракторы и сельхозмашины, 1971, № 2, 32-34.

76. Цыцив М. Об отделении примесей при вибрационной уборке черной смородины. Садоводство, виноградарство и виноделие Молдавии, 1971, № И, 43-44.

77. Bauer R. Uber Stammformen zur Vollmechanisierung des Anbaues und der Ernte bei der schwarzen Johannisbeere. -Erwerbsobstbau, 1969,11,8: 148-151.

78. Black currant harvesting now a simple matter. Farm engineering industry, 1971, 3, 7: 269.7879,80