автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности сепарирующих рабочих органов картофелекопателя путем оптимизации их параметров и режимов работы

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Условия уборки картофеля в Северо-западном регионе России.

1.2. Физико-механические свойства почвы, влияющие на работу почво-сепарирующих устройств.

1.3. Способы уборки и агротехнические требования, предъявляемые к сепарирующим устройствам и картофелеуборочным машинам.

1.4. Технические средства, применяемые для отделения почвы и примесей при уборке картофеля.

1.4.1. Сепарирующие рабочие органы для отделения почвенных примесей и растительных остатков.

1.4.2. Результаты сравнительных исследований сепарирующих устройств.

1.5. Цель и задачи исследования.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ КАРТОФЕЛЕКОПАТЕЛЯ С РОТОРНО-ПАЛЬЦЕВЫМ СЕПАРАТОРОМ.

2.1. Анализ транспортирования клубней по поверхности сепаратора.

2.2. Обоснование кинематических параметров роторнопальцевого сепарирующего устройства.

2.3. Определение оптимальной величины просветов сепарирующих устройств.

2.4. Теоретические предпосылки и определение рациональной длины сепарирующей поверхности.

2.5. Определение величины перекрытия сепарирующих элементов.

3.ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 .Программа экспериментальных исследований.

3.2. Объект исследования, измерительные устройства, приборы и оборудование.

3.3. Выбор режимов работы и определение показателей качества работы.

3.4. Математическая обработка показателей.

3.5. Математический метод анализа результатов эксперимента.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Зависимость полноты выделения почвенных частиц на сепараторе от длины сепарирующей поверхности, угловой скорости вращения сепарирующих валов и скорости движения уборочного агрегата.

4.2. Зависимость содержания почвенных частиц на сходе с сепаратора от длины сепарирующей поверхности, угловой скорости вращения сепарирующих валов и скорости движения уборочного агрегата.

4.3. Зависимость общего повреждения клубней от изменения длины сепарирующей поверхности, угловой скорости вращения сепарирующих валов и скорости движения уборочного агрегата.

4.4. Результаты сравнительных полевых исследований картофелекопателя с роторно-пальцевым сепаратором и серийного картофелекопателя КТН-2В.

4.5. Выводы.

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КАРТОФЕЛЕКОПАТЕЛЯ С РОТОРНО-ПАЛЬЦЕВЫМ СЕПАРАТОРОМ.

По валовому производству и площади посадки картофеля Россия по прежнему занимает первое место в мире (около 15% мирового производства). За последние 10 лет в этой отрасли произошли существенные структурные изменения. Производство картофеля практически полностью «ушло» из крупных сельскохозяйственных предприятий и на 90% сосредоточено в личных подсобных хозяйствах, что обуславливает крайне низкий уровень механизации, в целом не превышающий 20.25% [31]. В силу многих причин, как в личных, так и крупных хозяйствах продолжается снижение урожайности, которая ныне составляет 10. 11 т/га.

Восстановление картофелеводства как механизированной отрасли возможно только при кардинальном улучшении семеноводства, агротехнической дисциплины, на основе современных машинных технологий и восстановлении производства достаточно широкого набора технических средств [31].

Уборка картофеля - наиболее трудоемкий процесс. В технологии возделывания она составляет 45.60% затрат труда [16, 29, 53, 56]. В нашей стране выпускают комплекс машин для механизации уборки и послеуборочной обработки картофеля.

Основными картофелеуборочными машинами выпускаемыми в настоящее время являются: комбайн КПК 2-01 (АО ФИРМА "КОМБАЙН", г. Рязань), однорядный комбайн Л-601 и картофелекопатели КТН-2В и КСТ-1,4А ("Лидсельмаш", г. Лида, Республика Беларусь), а также комбайн СЖ-1500, выпускаемый на совместном Российско-Германском предприятии в Самаре и АУК-220В, выпускаемый на Российско-Бельгийском предприятии в Коломне и другие. Кроме этого, хотя их выпуск прекращен, в хозяйствах ещё применяют комбайны ККУ-2А и КСК-4. Известно, что серийные картофелеуборочные машины неудовлетворительно работают на тяжелых, засоренных камнями, переувлажненных почвах. Из-за недостаточной сепарации почвы значительная

часть клубней теряется, возникает необходимость работать на пониженной передаче, вследствие чего увеличиваются эксплуатационные затраты.

Учитывая большой объем производства картофеля на тяжелых каменистых почвах (площадь посадок на почвах, засоренных камнями, составляет 0,5.0,6 млн. га), необходимо создание уборочной техники, надежно и эффективно работающей в этих условиях.

Анализ материалов исследований и испытаний машин для уборки картофеля, показывает, что ворох картофеля, поступающий на сортировальный пункт от картофелеуборочной машины содержит до 30% почвенных, растительных и прочих примесей [30, 52, 53]. Из них более половины приходится на мелкие частицы и комки почвы, которые необходимо отделить перед закладкой на хранение. Учитывая это вопрос создания более совершенных, высокопроизводительных рабочих органов для сепарации почвы при уборке картофеля имеет актуальное значение.

Исходя из этого была поставлена задача обосновать теоретически и экспериментально роторно-пальцевый сепаратор для выделения почвы из клубненосного пласта при уборке урожая.

Цель работы направлена на повышение эффективности уборки картофеля за счет улучшения технологического процесса путем применения на картофелекопателе роторно-пальцевого сепарирующего устройства.

Проведенные исследования явились составной частью работ, выполняемых в СЗ НИИМЭСХ по теме НИОКР на 1999-2001 годы: «Разработать ресурсосберегающую технологию уборки и послеуборочной доработки картофеля с переувлажненных и засоренных камнями почв с использованием перспективных рабочих органов» (№ гос. per. 01200009769).

Объектом исследования является технологический процесс отделения почвы и примесей при уборке картофеля с помощью роторно-пальцевого сепарирующего устройства.

На защиту выносятся: аналитические исследования влияния кинематических и конструктивных параметров и режимов работы роторно-пальцевого сепаратора; результаты исследований по оптимизации параметров и режимов работы роторно-пальцевого сепаратора, обеспечивающее повышение эффективности процесса уборки картофеля при высокой степени отделения почвенных частиц и низкой повреждаемости клубней; результаты сравнительных испытаний при использовании картофелекопателя с роторно-пальцевым сепаратором и ее технико-экономическая оценка.

Научная новизна работы заключается в следующем: в результате теоретических и экспериментальных исследований определены параметры и режимы работы роторно-пальцевого сепаратора, обеспечивающие повышение эффективности процессов сепарации почвенных частиц при снижении повреждения клубней;

-разработаны математические модели зависимости полноты выделения почвенных частиц и содержания почвенных примесей на сходе с сепаратора, а также повреждения клубней от длины сепарирующей поверхности, угловой скорости сепарирующих валов и скорости движения картофелеуборочного агрегата; новый роторно-пальцевый сепаратор для отделения почвенных примесей использован в разработке опытного образца роторного картофелекопателя для междурядий 70 см и 75 см.

Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях:

- в ВГМХА им. Н.В.Верещагина, г. Вологда, Молочное в 2000 году;

- в СЗНИИМЭСХ, г. Санкт-Петербург, Павловск в 2002 году.

По основным положениям диссертации опубликовано две печатные работы.

Диссертация изложена на 124 стр. основного текста, содержит 30 рисунков, 8 таблиц и приложений.

Список использованной литературы включает 74 наименования, из них 10 на иностранном языке.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Теоретическими исследованиями с помощью законов механики рассмотрены кинематические параметры и режимы работы роторно-пальцевого сепарирующего устройства. Установлено, что угловая скорость вращения рабочих элементов 12. 14 рад/с является предпочтительным из условий движения обрабатываемого материала с подбрасыванием и допустимой скорости соударения клубней с рабочей поверхностью. Определена величина необходимой длины рабочей поверхности сепарирующего устройства, которая равна Ь = 1,5-*-1,9 м.

2. Обоснована величина перекрытия пальцевых дисков соседних валов. Определено, что при величине перекрытия, равной е = 15-30 мм, обеспечивается перемещение одиночных клубней по поверхности с высокой эффективностью выделения почвенных примесей.

3. Получены зависимости полноты выделения почвенных частиц, содержания почвенных частиц на сходе с сепаратора и общей повреждаемости клубней от длины сепарирующей поверхности, угловой скорости вращения сепарирующих валов и скорости движения картофелеуборочного агрегата.

4. Экспериментально установлены оптимальные параметры и режимы работы роторно-пальцевого сепаратора почвенных примесей картофелеуборочной машины: количество валов - 6, угловая скорость вращения валов - 12-14 рад/с, перекрытие пальцев роторов - 20 мм.

5. Картофелекопатель с роторно-пальцевым сепаратором позволяет получить одинаковые показатели качества работы при скорости агрегата, большей на 30% в сравнении с серийным картофелекопателем КТН-2В.

6. Использование картофелекопателя с роторно-пальцевым сепаратором по сравнению с серийным КТН-2В позволяет снизить эксплуатационные затраты на 20 %, приведенные затраты - на 21,8%.

1. Алакин В.М. Параметры и режимы работы роторно-пальцевой сепарирующе-калибрующей поверхности, повышающие эффективность обработки вороха картофеля. Дис. . канд. техн. наук,- СПб.-Пушкин, 1996,- 185 с.

2. A.c. 1021389 СССР, МКИ А01Д 33/08, В07В 1/16. Ротационный сепаратор для корнеклубнеплодов / Н.И.Чипурко, И.Р.Размыслович,- Опубл. в Б.и,- 1983,-№21.

3. A.c. 1050756 СССР, МКИ А01Д 33/08, В07В 1/16. Устройство для классификации сыпучего материала / Н.В.Кислов, М.В.Молочко, В.М.Вакулов, И.О.Матвиенко.- Опубл. в Б.и,- 1983,- № 40.

4. A.c. 1147268 СССР, МКИ А01Д 33/08, В07В 1/16. Ротационный сепаратор для корнеклубнеуборочной машины / Н.И.Чипурко, И.Р.Размыслович, В.И.Гончар, В.И.Ростовцева.- Опубл. в Б.и,- 1985,- № 12.

5. A.c. 1217287 СССР, МКИ А01Д 33/08, В07В 1/16. Ротационный сепаратор / Н.И.Чипурко, И.Р.Размыслович, А.П.Кроптов, М.Б.Угланов и др,-Опубл. в Б.и,- 1986,-№ 10.

6. A.c. 1242029 СССР, МКИ А01Д 33/08, В07В 1/16. Ротационный сепаратор для корнеклубнеплодов / Н.И.Чипурко, И.Р.Размыслович,

7. A.П.Кроптов и др.- Опубл. в Б.и.- 1986,- № 25.

8. A.c. 1287770 СССР, МКИ А01Д 33/08, В07В 1/16. Устройство для сепарации корнеклубнеплодов от почвы / Н.И.Чипурко, И.Р.Размыслович,

9. B.И.Ростовцева.- Опубл. в Б.и.- 1987,- № 5.

10. A.c. 1304772 СССР, МКИ А01Д 33/08, В07В 1/16. Ротационный сепаратор / Н.И.Чипурко, И.Р.Размыслович, В.И.Ростовцева.- Опубл. в Б.и.-1987.-№ 15.

11. A.c. 157855 СССР, МКИ А01Д 33/08. Очиститель к свеклоуборочным машинам / А.И.Портянко,- Опубл. в Б.и,- 1962,- № 19.

12. A.c. 288825 СССР, МКИ А01Д 33/08. Устройство для отделения корнеплодов от земли и ботвы / И.Ф.Кондратьев и др.- Опубл. в Б.и,- 1971,- № 1.

13. A.c. 296507 СССР, МКИ А01Д 33/08. Сепарирующий рабочий орган для корнеплодов / И.П.Бабко и др.- Опубл. в Б.и,-1971,- № 9.

14. A.c. 578920 СССР, МКИ А01Д 33/08. Устройство для очисткки корнеплодов от примесей / Б.П.Шабельник, Г.П.Юхин.- Опубл. в Б.и,- 1977.-№41.

15. A.c. 906426 СССР, МКИ А01Д 33/08, В07В 1/16. Роторный сепаратор для корнеклубнеплодов / О.А.Сафразбекян,- Опубл. в Б.и,- 1982,- № 7.

16. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментальных исследований. -М.: Наука, 1973,- 199 с.

17. Верещагин Н.И. Исследование и обоснование путей уменьшения механических повреждений клубней картофеля при поточной уборке: Дис. . канд. техн. наук.- М., 1972.- 207 с.

18. Верещагин Н.И., Пшеченков К.А., Герасимов B.C. Уборка картофеля в сложных условиях,- М.: Колос, 1983,- 283 с.

19. Верещагин Н.И., Пшеченков К.А. Комплексная механизация возделывания, уборки и хранения картофеля,- М.: Колос, 1972,- 352 с.

20. Верменко Я.И. Исследование ротационного сепарирующего рабочего органа картофелеуборочной машины // Тракторы и сельхозмашины,- 1962,- № 8,- С. 27-29.

21. Горячкин В.П. О сортировании картофеля // Теория, конструкция и производство сельскохозяйственных машин. М,- JL: Сельхозгиз, 1936.- Т.2.- С. 285-297.

22. ГОСТ 23728-88 ГОСТ 23730-88. Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки,- М.: Издательство стандартов, 1988,- 25 с.

23. ГОСТ 24055-88 (CT СЭВ 5628-86) ГОСТ 24059-88. Техника сельскохозяйственная. Методы эксплуатационно-технологической оценки.- М.: Издательство стандартов, 1988,- 47 с.

24. ГОСТ 7176-85. Картофель свежий продовольственный,- М.: Изд-во стандартов, 1985,- 4 с.

25. Джонсон H., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы обработки данных. М.: Мир, 1980.- 620 с.

26. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ: В 2 т.- Пер. с англ.- М.: Финансы и статистика, 1986.

27. Eskel potato equipment // Spudmun. July August, 1986,- Vol. 24, № 6.1. P.15.

28. Carlow C.A. In Instuctible and Rejection System for Quality Grading of Potatoes and other Produce // J. agrie. Engin. Res.- 1983,- V.28.- P. 373-383.

29. Колчин H.H., Васеничев В.П. Исследование упругих свойств и закономерности отражения клубней картофеля при ударе о неподвижную сферу // Труды ВАСХНИЛ,- Москва, 1972,- Вып. 73.- С. 39-50.

30. Колчин H.H., Земляпов Л.С. Машины для уборки и послеуборочной обработки картофеля и овощей на Международной выставке ЕИМА-81 // Тракторы и сельхозмашины,- 1982.- № 3,- С.36-38.

31. Колчин H.H. Комплексы машин и оборудования для послеуборочной обработки картофеля и овощей,- М.: Машиностроение, 1982,- 268 с.

32. Колчин H.H., Фурлетов В.М., Арсеньев Д.А. Состояние и перспективы развития отделителей примесей для послеуборочной обработки картофеля и овощей,- М.: ЗНИИТЭИ тракторосельмаш, 1983,- 64 с.

33. Концепция развития механизации, электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства / Раздел «Растениеводство».- М., 200181 с.

34. Culpin С. Farm Machinery.- London: Granada Publishing, 1976,- Night Edition.-P. 199-217.

35. Лебедев Л.Я. Параметры и режимы работы роторно-пальцевого устройства для послеуборочной обработки картофеля. Дис. . канд. техн. наук,-Л.-Пушкин, 1990,- 177 с.

36. Лебедев Л.Я., Шабуров Н.В. Послеуборочное отделение почвенных примесей из вороха картофеля на роторно-пальцевом сепараторе // Интенсификация технологий и технических средств растениеводства

37. Нечерноземной зоны РСФСР: Сб. науч. тр. НИПТИМЭСХ НЗ,- Л., 1989,- Вып. 54,- С.63-70.

38. Less A. Damaging Potato Harvester // Arable Farming.- 1984,- № 11.- P.31.35.

39. Листопад Г.Е., Демидов Г.К., Зонов Б.Д. и др. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. М.: Агропромиздат, 1986,- 688 с.

40. Масленков И.М. Результаты исследований ротационных сепараторов картофелеуборочных машин в лабораторных условиях // Труды НИИКХ,- М., 1971,-Вып. 8,-С. 312-319.

41. Мацепуро М.Е. Технологические основы механизации уборки картофеля,- Минск, 1959,- 270 с.

42. Методические рекомендации по технико-экономическим расчетам для растениеводства Нечерноземной зоны РСФСР,- Л., 1989.- 88 с.

43. Misener G.C., McLeod C.D., McVillan L.P. Evaluation of prototype potato harvester. Transaction of ASAE. Vol.27. № 1, P.24-28.

44. Мудров В.И., Кушко В.Л. Методы обработки измерений. М.: «Советское радио», 1976,- 192 с.

45. Neumann F. Das Enterderangebot // Kartoffelbau.- 1986,- J.6.- S. 214216.

46. Нормативно-справочный материал для экономической оценки сельскохозяйственной техники. Приложение к ГОСТ 23728-88 ГОСТ 2373088. М.: ЦНИИТЭИ, 1989.

47. Нормы амортизационных отчислений на тракторы и танспортные средства, мелиоративные и землеройные машины, сельскохозяйственные машины и оборудования, используемые в сельском хозяйстве, в водном и лесном хозяйствах и сроки их службы,- М., 1981.

48. O'Brien М. Sorting, sizing and field filling jf fruit and vegetables into bins // J. agric. Engin. Res.- 1968,- V.13.- P. 318-322.

49. Ополонин A.B. Движение частицы материала по ротационному сепаратору картофелеуборочной машины // Тракторы и сельхозмашины.-1974,- № 7.- С.28-30.

50. Определение экономической эффективности использования в сельском хозяйстве капитальных вложений и новой техники / Методические рекомендации,- Л., 1986, 58 с.

51. ОСТ 10.3.5-87. Машины для уборки и сортирования картофеля. Программа и методика испытаний. М.: ЦНИИТЭН, 1975,- 92 с.

52. Останин Р.И. Параметры и режимы работы дисково-ленточного устройства для повышения эффективности сортирования картофеля на фракции. Дис. . канд. техн. наук,- Л Пушкин, 1986,- 222 с.

53. Остроумов С.С. Параметры и режимы работы роторного сепаратора для повышения эффективности отделения растительных примесей от клубней картофеля: Дис. . канд. техн. наук,- Л,- Пушкин, 1991,- 156 с.

54. Патент № 59-19750. Япония. В07В 1/15, ИСМ № 1, Вып.22.

55. Петров Г.Д., Диденко Н.Ф. Исследование рабочего процесса качающегося грохота // Труды ВИСХОМ,- М.,1969,- Вып.58,- С.154-224.

56. Петров Г.Д. Картофелеуборочные машины.- М.: Машиностроение, 1984,- 320 с.

57. Петров Г.Д., Шляхецкий В.И. Статистические характеристики входных возмущений картофелеуборочных комбайнов // Труды ВАСХНИЛ.-Москва, 1972,- Вып. 73,- С. 3-18.

58. Погуляев А.Д. Теоретическое и экспериментальное обоснование режимов и некоторых параметров ротационного сепаратора // Труды ЧИМЭСХ,- Челябинск, 1974,- Вып. 93,- С. 91-98.

59. Пучков Б.С., Егорова М.Ф., Смирнов В.И. Выращивание картофеля на Северо-Западе.- Л.: Колос, 1979. 175 с.

60. Размыслович И.Р., Чипурко Н.И. К вопросу сепарации почвы пайлерными сепараторами // Труды ЧИМЭСХ,- 1974,- Вып.78,- С. 45-48.

61. Reise U., Weber A. Aufbau, Wirkngsweise und Einsatzergebnisse des Gerätesystems К 730 zur Von Kartoffelen // Agrptecnic. Berlin.- 1985,- № 7.

62. Сафразбекян O.A. Обоснование необходимой длины рабочей поверхности сепараторов картофелеуборочных комбайнов // Труды ВИМ.- М., 1982,-Вып. 93,-С. 32-38.

63. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин. М.: Машиностроение, 1969. - Том 3. - 743 с.

64. Сорокин A.A. Обоснование и расчет величин зазоров сепарирующих и сортирующих органов машин для уборки и сортирования картофеля // Труды ВИСХОМ.- М.: Машгиз, 1956,- Вып.6,- С. 38-46.

65. Сорокин A.A. Расчет почвосепарирующей поверхности картофелеуборочного комбайна // Механизация и электрификация сельского хозяйства,- 1983,- № 1,- С. 17-18.

66. Specht A. Kartoffelsammelroder: Anfordemingen, Baugruppen und Arbeitsweise // Kartoffelbau.- 1986,- J.37.- S. 225.

67. Технологии, машины и оборудование для возделывания, уборки, хранения и переработки картофеля. Каталог-справочник. Под редакцией академика Кормановского Л.П. М.: Информагротех, 1994. - 96 с.

68. Тимошевская О.Ю. Повышение эффективности машинной технологии производства картофеля на основе её адаптации к почвенно-климатическим и производственным условиям. Дис. . канд. техн. наук,-СПб,- Пушкин, 2001.-199 с.

69. Турбин Б.Г., Лурье А.Б., Григорьев С.М. и др. Сельскохозяйственные машины. Теория и технологический расчет,- Л.: Машиностроение, 1967,- 584 с.

70. Угланов М.Б. Справочник механизатора-картофелевода,- М.: Агропромиздат, 1986.- 207 с.

71. Хайлис Г.А., Ковалев М.М. Исследование сельскохозяйственной техники и обработка опытных данных.- М.: Колос, 1994,- 170 с.

72. Хвостов В.А. Разработка машин для уборки овощных корнеплодов (на примере моркови). Автореф. дисс. . докт. техн. наук,- М., 1988.- 40 с.123

73. Чаус В.М. Рабочие органы картофелеуборочных машин,- М.: Машиносторение, 1966,- 84 с.

74. Шабельник Б.П. Геометрия кулачков транспортера-очистителя корнеуборочной машины // Тракторы и сельхозмашины,- 1975,- № 8,- С. 18-21.

75. Шабельник Б.П. Разработка технологического процесса очистки корнеплодов и создание конвейеров-очистителей свеклоуборочных машин: Дис. . докт. техн. наук,- Харьков, 1986,- 497 с.

76. Шульгин А.М. Климат почвы и его регулирование. Л., 1972.

77. Juko: potato harvester and cultivator. Oy Juko Ltd. SF-23110. Finland.