автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка и обоснование параметров пневмомеханического подборщика лука-севка

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ УБОРКИ ЛУКА-СЕВКА.

1.1. Агротехнические основы возделывания и уборки культуры лука.

1.1.1. Технология выращивания лука-севка.

1.1.2. Уборка и послеуборочная обработка луковиц.

1.2. Обзор существующих средств механизации уборки лука.

1.2.1. Лукоуборочные машины подкапывающего типа.

1.2.2. Лукоуборочные машины теребильного типа.

1.2.3. Выводы по разделу. Цель и задачи исследований.

ГЛАВА II. ТЕОРИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЛУКА-СЕВКА С РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ПОДБОРЩИКА.

2.1. Кинематический анализ условий движения подбирающего барабана.

2.2. Определение сил, действующих на элемент валка в рабочей зоне.

2.3. Обоснование режима работы подборщика.

2.4. Анализ рабочего процесса и обоснование параметров ротационного удалителя ботвы.

2.5. Определение размера входного отверстия.

2.6. Обоснование места расположения приемного транспортера луковиц.

ГЛАВА III. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

А. МЕТОДИКА ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Цель и программа лабораторных исследований.

3.2. Методика исследований по обоснованию конструктивных параметров рабочего органа.

3.3. Методика проведения исследований на лабораторной установке.

3.4. Методика планирования многофакторного эксперимента.

3.4.1. Обоснование уровней и интервалов варьирования факторов.

3.4.2. Оптимизация объектов исследования.

3.5. Определение погрешности измерений и повторности экспериментов.

3.6. Методика обработки результатов экспериментальных исследований.

Б. МЕТОДИКА ПОЛЕВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.7. Цель и программа полевых исследований.

3.8. Определение погрешности измерений при проведении полевых опытов.

ГЛАВА IV. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ.

А. РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Размерно-массовая характеристика валка и отдельных растений лука-севка.

4.2. Механические свойства лука-севка.

4.3. Аэродинамические свойства лука-севка.

4.4. Исследование траектории движения луковиц при подборе пневмомеханическим подборщиком.

4.5. Обоснование конструктивных параметров и режимов работы подборщика.

4.6. Определение расхода воздуха для работы пневматического подборщика.

Б. РЕЗУЛЬТАТЫ ПОЛЕВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.7. Устройство и схема работы экспериментальной уборочной машины.

4.8. Особенности технологии уборки лука-севка пневмомеханическим подборщиком.

4.9. Исследование агротехнических и качественных показателей работы пневмомеханического подборщика лука-севка

ГЛАВА V. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПОДБОРА ЛУКА-СЕВКА С ПРИМЕНЕНИЕМ ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА ПОДБОРЩИКА.

5.1. Результаты производственных испытаний и внедрения пневмомеханического подборщика.

5.2. Основные технико-экономические показатели использования подборщика.

Перед сельскохозяйственной наукой стоят неотложные задачи по рациональному использованию земли, специализации сельскохозяйственного производства, улучшению структуры посевных площадей и упорядочению севооборотов, проведению качественной оценки сельскохозяйственных угодий, борьбе с эрозией и повышению плодородия почв, разработке новых, более совершенных типов сельскохозяйственных машин и орудий.

В настоящее время главной задачей сельскохозяйственного производства является всестороннее развитие и повышение эффективности всех отраслей, а также надежное снабжение страны продовольствием и сельскохозяйственным сырьем.

Решение этих задач находится в прямой зависимости от общего уровня культуры земледелия и от эффективности приемов возделывания сельскохозяйственных культур на основе внедрения современных достижений науки, техники и передовой практики.

Среди 70-и видов овощных культур, выращиваемых в России, большое место занимает лук репчатый. Он пользуется большим спросом у населения, широко применяется в овощеконсервной и мясоперерабатывающей промышленности.

В настоящее время около 50 % общих затрат труда на производство репчатого лука составляет уборка и послеуборочная обработка. Поэтому основные задачи механизации уборки лука, как и других овощных культур, заключаются в повышении полноты сбора и сокращении сроков уборки, устранении повреждений продукции.

Для этого требуется разработка более совершенных технологических приемов уборки, создание высокопроизводительных и надежных машин.

Механизированная уборка и послеуборочная обработка лука, как и других овощей, должна соответствовать определенным качественным показателям. А применяемые машины должны гарантировать полноту сбора урожая, наименьшее повреждение продукта и удовлетворительную лежкость при последующем его хранении.

Наука и передовая практика успешно ищут пути рационального использования мобильных технических средств в земледелии. В этом плане актуальным является создание комбинированных агрегатов для совмещения технологических операций уборки севка и лука-репки с наименьшими затратами труда и средств в условиях тяжелых и переувлажненных почв Республики Мари Эл.

Однако внедрение таких агрегатов сдерживается отсутствием рациональных по конструкции и надежных в работе орудий и машин.

В настоящее время доля ручного труда в овощеводстве остаётся на недопустимо высоком уровне, что резко повышает себестоимость получаемой продукции. Наиболее трудоемкими остаются операции по выкапыванию и подборке лука-севка, а так же послеуборочной обработки урожая.

Применяемые в настоящее время отдельные машины и орудия, созданные на базе традиционных рабочих органов, не обеспечивают выполнения современных агротехнических требований и потребностей сельскохозяйственного производства.

Для решения этих задач требуется переход на принципиально новые машины, рабочие органы которых используют прогрессивные принципы воздействия на обрабатываемую среду и материал.

Вместе с тем, новые рабочие органы должны обеспечивать качественное выполнение агротехнических требований и сократить до минимума промежуточные операции, тем самым исключить многократные проходы машин по полю.

Создание новых рабочих органов и уборочных машин, наиболее полно отвечающих требованиям агротехники, производственной технологичности уборочного процесса и обладающих эксплуатационной надежностью, сдерживается недостаточной изученностью данного вопроса как в теоретическом, так и в экспериментальном плане. Кроме того, существующие рабочие органы отдельных машин и орудий не в полной мере создают благоприятные условия для протекания биологических и физических процессов, происходящих в массе убираемой продукции.

Например, лукоуборочные машины ЛКГ-1,4 и ЛКП-1,8 с приспособлениями для уборки лука-севка, вследствие низкого качества выполнения процесса подбора, широкого применения не нашли, и в настоящее время промышленностью не выпускаются.

Особенно трудоемка операция подбора валка лука-севка после просушки, которая из-за отсутствия специальных машин в хозяйствах выполняется вручную. Даже в этих условиях наиболее сложной проблемой подбора валка является сепарация почвенных примесей, основная часть которых соразмерна с луковицами севка.

Поэтому изложенное позволяет заключить, что задача разработки технологического процесса и создания машины для подбора валка лука-севка, обеспечивающего высокое качество работы и снижение затрат ручного труда, является очень актуальной и имеет важное народнохозяйственное значение.

Настоящая работа посвящена изысканию и исследованию комбинированного рабочего органа ротационной машины для подбора лука-севка из валков с одновременной отминкой ботвы, что является важной предпосылкой повышения качественных показателей подбора и снижения потерь урожая.

Исходя из изложенного, и с учетом современных требований к диссертационным работам, на защиту выносятся следующие основные положения:

1. Схема и конструкция пневмомеханического подборщика лука-севка из валка; 9

2. Теоретические разработки по обоснованию технологического процесса подбора лука-севка и методика определения конструктивных параметров подбирающего барабана;

3. Аналитические зависимости для определения показателей взаимодействия рабочих элементов подбирающего органа с обрабатываемой средой, обоснования основных параметров и режимов работы пневматического транспортера ботвы;

4. Результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию рациональных параметров и режимов работы пневмомеханического подборщика лука-севка;

5. Агротехнические и технико-экономические показатели работы машины для подбора лука-севка из валка и определяющие характеристики полноты подбора урожая луковиц.

10

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. На основании анализа направлений развития техники и классификации способов и средств для уборки лука-севка установлено, что они не выполняют агротехнические требования на рабочий процесс, особенно при возделывании этой культуры в тяжелых почвенно-климатических условиях зоны Волго-Вятского региона. В этих условиях перспективным является двухфазный способ уборки с раздельным выполнением операций выкапывания луковиц с последующим подбором их специально разработанной машиной пневмомеханического типа (патент РФ № 2129357, С 1);

2. Теоретическими исследованиями обоснованы основные геометрические размеры подбирающего барабана и ротационного удалителя ботвы, кинематические режимы их работы, и определены силы, действующие на элемент валка в рабочей зоне подборщика;

3. Лабораторные исследования подтвердили достоверность результатов, полученных теоретическим путем, и позволили установить, что:

- величина разрежения воздуха в рабочей камере подбирающего барабана определяется как размерами отверстий обечайки, так и интенсивностью подачи вороха валка, причем с увеличением массы погонного метра валка величина необходимого разрежения воздуха возрастает. Аналогичное изменение разрежения происходит и с увеличением показателя кинематического режима работы; наиболее приемлемая зона рабочего режима -X = 1,0. 1,2 при \/е^1,2 м/с;

- на величину расхода воздуха влияют показатели скорости поступательного движения и толщины валка; на рабочих режимах подборщика при Уе= 0,5. 1,5 м/с секундный расход воздуха изменяется в пределах 1,276. 1,406 м/с;

- качество работы пневмомеханического подборщика определяется параметрами барабана и его решетчатой поверхности. Диаметр барабана соответствует его теоретически полученной величине (0,9 . 1,1м), а ширина рабочей поверхности - размеру ширины валка (Вр= 350±10 мм); размеры отверстий решетчатой поверхности определяются наименьшим размером луковичек: для сорта «Бессоновский местный» предельные размеры для отверстий круглого сечения - 8 мм, для овальной формы - 7x13 или 6,5x12 мм;

4. Методами проведения факторного эксперимента выделены наиболее значимые параметры, влияющие на качество работы ротационного подборщика лука-севка и на основе анализа уравнений регрессии второго порядка определены оптимальные значения его конструктивных, кинематических и технологических параметров;

5. В результате изучения физико-механических и технологических свойств валка лука-севка и его качественного состава получены данные, необходимые для обоснования некоторых параметров подбирающего барабана, и установлено, что:

- показатели прочности ботвы на разрыв значительно превосходят силы тяжести луковичек, что подтверждает возможность их подъема и присасывания к решетчатой поверхности подбирающего барабана;

- средние значения скорости витания луковичек с ботвой находятся в пределах 7,6. 13,6 м/с, луковичек без ботвы 12,3. 19,1 м/с, что значительно ниже величины этого показателя для почвенных комков (26 . 58 м/с);

- при увеличении диаметра отверстий решетчатой поверхности барабана происходит соответствующий рост коэффициента трения скольжения элемента валка по стали, причем при скользящем движении валка вдоль решетчатой поверхности коэффициент трения также увеличивается;

6. Выполненными полевыми исследованиями подтверждены результаты теоретических разработок и выявлено, что:

145

- уборочная машина с пневмомеханическим подборщиком удовлетворительно выполняет технологический процесс, обеспечивает получение качественных показателей работы, отвечающих агротехническим требованиям (полнота подбора луковиц - 94.96 %, чистота вороха -83.84 %, содержание почвы в подобранном ворохе - не более 10%);

- величина скорости поступательного движения агрегата оказывает меньшее влияние на качество работы машины по сравнению с показателем кинематического режима подборщика. Наилучшие качественные показатели уборки обеспечиваются при скорости агрегата до 1,0. 1,2 м/с и соотношении скоростей Л, = 1,10. 1,15;

- наиболее высокое качество работы уборочной машины обеспечивается при значениях угла наклона подкапывающего лемеха 24.25° и глубине его хода 25.30 мм, величине рабочего зазора между валком,и решетчатой поверхностью барабана - не более 5. 10 мм.

7. Расчетами технико-экономических показателей подбора лука-севка установлено, что годовой экономический эффект от применения экспериментальной уборочной машины с пневмомеханическим подборщиком составляет 25817,24 рублей ( по ценам 1998г.); срок окупаемости дополнительных капитальных вложений - менее двух лет.

1. Автуханов И.В. Отделение клубней картофеля от прочных почвенных комков и камней воздушным потоком//Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1960. - N 6. - С.34-35

2. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента. М.: Металлургия, 1969. - 159 с.

3. Адлер Ю.П., Макарова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976 -279 с.

4. Александров П.С. Лекции по аналитической геометрии. М.: Наука, 1968. -911с.

5. Алексеева М.В. Репчатый лук. М.: Россельхозиздат, 1982. -112с.

6. Антошкевич B.C. Экономическое обоснование новой сельскохозяйственной техники. -М.: Экономика. 1971. -216с.

7. Атанас Михов. Промышленная технология в овощеводст-ве./Пер. с болг. Е.С. Сигаева М.: Колос, 1979 - 414с.,ил.

8. Байкин Н.В. Разработка технологического процесса подбора валка лука-севка с обоснованием параметров подбирающе-сепарирующего устройства уборочной машины: Дис. канд. техн. наук: 05.20.01.- Пенза: 1995. 207 с.

9. Байкин Н.В., Ларюшин Н.П. Лукоуборочная машина МЛС 1,4: Тез. докл. к областной научно-технической конференции Пензенского СХИ. - Пенза: 1990. - с.58

10. Байкин Н.В., Ларюшин Н.П. Подборщик погрузчик лука-севка// Совершенствование рабочих органов уборочных машин в растениеводстве: Сб. научн. работ. Сарат. с/х ин-т им. Н.И. Вавилова. -Саратов, 1990. С.86 -88

11. Байкин Н.В., Ларюшин Н.П., Раскатов В.Г. Машина для уборкилука-севка//Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1989. - №12. - С.24 - 25

12. Баранов A.A. Пневматический принцип подбора хлебной массы из валков/Яруды Саратовского института механизации с/х им. Калинина 1963 - Вып. 26. - С23-24

13. Безрукий А.П. Аэродинамический сепаратор к картофелеуборочным машинам и картофелесортировальным пунктам. A.C. СССР кл. 45с., N 244765.

14. Бронштейн Н.И., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров. М.: Гостехиздат, 1955. - с. 107

15. Брук А.Д. и др. Центробежные вентиляторы. Под ред. Т.С. Со-ломаховой. М.: Машиностроение, 1975. -416с.

16. Бурмистова М.Ф., Комолькова Т.К. и др. Физико-механические свойства сельскохозяйственных растений. М.: Сельхозгиз, 1956.

17. Бутенин Н.В., Лунц Я.Л., Меркин Д.Р. Курс теоретической механики.-М.: Наука. 1970.-241с.

18. Вайсман М.Р., Грубиян И.Я. Вентиляционные и пневмотранс-портные установки. М.: Колос, 1969. - 243с.

19. Васецкий В.Ф., Ельчаников А.Д., Додонов В.А. Сорта лука для механизированной уборки//Картофель и овощи. 1984. - №7. -С.21-22

20. Веденпяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки данных М.: Колос, 1973. -201с.

21. Вентиляторы: Каталог-справочник. М.: Машиностроение, 1981. -83с.

22. Веселов С.А. Практикум по вентиляционным установкам. М.: Колос, 1967. - 143с.

23. Воронюк Б.А. и др. Физико-механические свойства растений, почв и удобрений. М.: Колос, 1970. - с. 42324