автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка и обоснование параметров сепарирующего устройства для отделения почвенных примесей от корнеплодов моркови при машинной уборке

1. ВВЕДЕНИЕ.

2. СОСТОЯНИЕ МЕХАНИЗАЦИИ И ИССЛЕДОВАНИЙ УБОРКИ КОРНЕ. ПЛОДОВ МОРКОВИ И ОТДЕЛЕНИЯ ПОЧВЫ ОТ НИК.

ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Методы уборки корнеплодов моркови.

2.1.1. Механизированная подкопка и уборка вручную.

2.1.2. Уборка корнеплодов методом теребления.II

2.1.3. Уборка корнеплодов методом выкапывания.

2.2. Сепарирующие органы морковоуборочных машин.

2.3. Состояние научных исследований цроцессов уборки корнеплодов моркови и отделения почвы от них.

2.4. Цель и задачи исследования.

3. ОБОСНОВАНИЕ И ОПИСАНИЕ ПЕРСПЕКТИВНОЙ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ СЕПАРИРУЮЩЕГО ОРГАНА.

3.1. Обоснование перспективной конструктивно-технологической схемы сепарирующего органа.

3.2. Описание конструктивно-технологической схемы ячеистого почвоотделителя.

4. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЯЧЕИСТОГО

ПОЧВООТДЕЛИТЕЛЯ.

4.1. Описание лабораторной установки и оцределение режимов ее работы.

4.1.1. Описание лабораторной установки.

4.1.2. Оцределение скорости вращения и обоснование длины ячеистого почвоотделителя.

4.1.3. Оцределение интервала времени опыта.

4.2. Условия проведения лабораторных исследований.

4.3. Методика лабораторных исследований.

4.4. Результаты лабораторных исследований ячеистого почвоотделителя.

4.4.1. Влияние угла наклона оси почвоотделителя к горизонтали на качество его работы.

4.4.2. Влияние величины загрузки рабочего органа на качество работы ячеистого почвоотделителя.

4.5. Выводы по главе.

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНШБСКИХ СВОЙСТВ

ВОРОХА КОРНЕПЛОДОВ.

5.1. Состояние воцроса и црограмма исследования.

5.2. Характеристика изучаемых сортов корнеплодов моркови.

5.3. Фракционный состав почвенных примесей.

5.4. Размерно-массовая характеристика корнеплодов.

5.4.1. Размерная характеристика корнеплодов.

5.4.2. Массовая характеристика корнеплодов.

5.5. Углы трения почвенных цримесей и корнеплодов о материал ячейки.

5.6. Травмирование корнеплодов.

5.7. Выводы по главе.

6. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ЯЧЕИСТОГО

ПОЧЮОТДЕЛИТЕЛЕ.

6.1. Теоретическое обоснование процесса западания почвенных примесей в ячейку почвоотделителя.

6.I.I. Характер движения одиночного комка почвы по поверхности почвоотделителя.

6.1.2. Обоснование оптимального диаметра ячейки.

6.2. Теоретическое исследование цроцесса затаскивания одиночного комка почвы ячейкой почвоотделителя на почвенный транспортер.

6.2.1. Определение угла затаскивания для полусферической ячейки.

6.2.2. Определение положения транспортера вывода почвенных примесей.

6.2.3. Определение угла затаскивания для цилиндрической с полусферическим дном ячейки.

6.3. Теоретическое исследование цроцесса затаскивания почвенных примесей комкообразных фракций, размеры которых значительно меньше диаметра ячейки.

6.3.1. Обоснование условий работы почвоотделителя для случая западания в ячейку двух комков почвы.

6.3.2. Обоснование условий работы почвоотделителя для случая западания в ячейку трех комков почвы.

6.3.3. Обоснование условий работы почвоотделителя для случая западания в ячейку межой комкообразной фракции почвы.

6.4. Выводы по главе.

7. ИССЛЕДОВАНИЕ ЯЧЕИСТОГО ПОЧВООТДЕЛИТЕЛЯ И ИСПЫТАНИЕ

МОРКОВОУБОРОЧНОЙ МАШИНЫ, ОСНАЩЕННОЙ ИМ, В ПОЛЕВЫХ

УСЛОВШХ.

7.1. Описание конструкции и технологического процесса опытного образца морковоуборочной машины и определение оптимальных режимов ее работы.

7.I.I. Описание конструкции и схемы технологического процесса работы морковоуборочной машины, оснащенной ячеистым почв оот делит ел ем.

7.1.2. Определение угловой скорости ячеистого почвоотдеителя, установленного на опытном образце морко-воуборочной машины.

7.1.3. Обоснование поступательной скорости движения машины.

7.2. Методика полевых исследований ячеистого почвоот-делителя.

7.3. Условия проведения опытов.

7.4. Результаты полевых испытаний ячеистого почв оотделителя.

7.4.1. Влияние угла наклона оси ячеистого почв оотделителя к горизонтали на качество его работы.

7.4.2. Влияние влажности почвы на качество работы ячеистого почв оотделителя.

7.5. Испытание морковоуборочной машины, оснащенной ячеистым почвоотделителем.

7.6. Выводы по главе.

8. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ МОРКОВОУБОРОЧНОЙ

МАШИНЫ, ОСНАЩЕННОЙ ЯЧЕИСТЫМ ПОЧВООТДЕЖГЕЛЕМ.

Перед сельским хозяйством нашей страны поставлена задача наиболее полного удовлетворения потребностей советских людей в продуктах питания. Так, директивами ХХУ1 съезда КПСС планировалось увеличить за пятилетие среднегодовое производство сельскохозяйственной продукции на 12-14% и производительность труда в общественном хозяйстве на 22-24$ [I] . Продолжая курс на всемерную интенсификацию сельскохозяйственного производства, ХХУ1 съезд КПСС наметил Продовольственную программу СССР, принятую майским (1982г.) Пленумом ЦК КПСС, в которой предусмотрено довести среднегодовое производство овощей и бахчевых культур к 1990 году до 37.39 млн.тонн [2] . В связи со значительным увеличением производства сельскохозяйственной продукции неизмеримо возрастает роль машинной уборки овощей, в частности моркови.

Морковь является ценным продуктом питания, обладающим, наряду с высокими питательными качествами, целебными свойствами. Она содержит в легко усвояемой форме большое количество Сахаров, минеральных солей калия, фосфора, железа, кальция, кобальта и почти все известные витамины [3,4] . В настоящее время под посев столовой морцови отведено 8,2% от всех площадей, занятых овощными культурами, что соответствует 140,5 тыс.га. Средняя урожайность моркови в стране соответствует 120 ц/га [5] .

Основными направлениями дальнейшего развития овощеводства являются его концентрация и специализация. В настоящее время, при существующей специализации хозяйств и механизации ряда трудоемких процессов (предпосевной обработки почвы, посева, полива и уборки) трудозатраты на возделывание моркови еще велики, причем на работы, связанные с уборкой и послеуборочной обработкой, их приходится 85-90$ . Поэтому в последние годы годы все большее значение придается вопросам снижения трудоемкости уборки моркови, а конструкции морковоуборочных машин постоянно совершенствуются в целях снижения потерь и повышения производительности.

Современные моркоЕоуборочные машины работают или по методу теребления, или по методу выкапывания. Машины, работающие по методу теребления, извлекают корнеплоды за ботву, после чего отделяют их от нее и погружают в транспортное средство, а машины, работающие по методу выкапывания, сначала удаляют ботву, если она предварительно не убрана другими машинами, а затем извлекают корнеплоды выкапыванием с последующим отделением почвенных и растительных примесей.

За рубежом и в нашей стране применяются машины обоих типов. Существование машин двух различных типов свидетельствует о том, что вопрос машинной уборки корнеплодов не решен окончательно, но, учитывая высокую трудоемкость и сжатые агротехнические сроки процесса уборки моркови, следует на наш взгляд, отдать предпочтение машинам выкапывающего типа как более производительным (их производительность в 2,5-3 раза выше производительности машин теребильного типа). Однако машины, работающие по методу выкапывания, не получили широкого распространения из-за высокого содержания почвы в конечном продукте. Значительная засоренность вороха моркови почвой после уборки машинами выкапывающего типа объясняется тем, что сепарация вороха моркови производится на так называемых "тростевых поверхностях" (грохотах и прутковых транспортерах), не способных отделять примеси в виде комков почвы, размеры которых равны соответствующим максимальным диаметром товарной фракции корнеплодов, так как и те, и другие составляющие вороха цроходят (или не проходят) в просветы между тростями. Совершенствование машин выкапывающего типа за счет модернизации "тросте-вых поверхностей" ни в нашей стране, ни за рубежом не цривело к положительному результату.

Разработке и обоснованию параметров сепарирующего устройства, обеспечивающего повышение качества работы морковоуборочной машины выкапывающего типа за счет снижения количества почвенных примесей в конечном цродукте и посвящена настоящая диссертационная работа.

На защиту выносятся следующие основные научные положения:

- результаты лабораторных исследований сепарирующего рабочего органа, цредназначенного для отделения почвенных примесей от корнеплодов моркови;

- теоретические исследования, позволяющие дать обоснование основным конструктивным и кинематическим параметрам сепарщ>ую-щего рабочего органа;

- результаты исследования физико-механических свойств вороха корнеплодов моркови, обуславливающие конструктивные параметры сепарирующего рабочего органа;

- результаты полевых исследований сепарирующего рабочего органа, установленного на морковоуборочной машине выкапывающего типа, подтвердившие цравильность теоретических разработок и определившие оптимальное сочетание значений параметров, при которых полнота отделения почвенных примесей от корнеплодов моркови максимальна;

- результаты расчета экономической эффективности применения морковоуборочной машины, выкапывающего типа, оснащенной дополнительным сепарирующим органом.

9. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЩЛОЖЕНШ

1. Наиболее перспективными машинами, обеспечивающими цроцесс уборки моркови, являются машины выкапывающего типа вследствие их более высокой производительности.

2. Для повышения качества очистки моркови в морковоуборочных машинах выкапывающего типа необходим орган вторичного отделения почвенных примесей от корнеплодов моркови, функции,, которого может выполнять ячеистый почвоотделитель.

3. В результате лабораторных исследований ячеистого почвоотделителя установлено:

- оптимальная скорость вращения 2,86 рад/с;

- длина 2,5 м при диаметре рабочего органа, равном 0,75 м. По установленной скорости вращения определен показатель кинематического режима (К=0,31), соответствующий всем типоразмерам ячеистых почвоот-делителей.

4. Изучение физико-механических свойств вороха корнеплодов моркови позволило определить углы трения корнеплодов и почвенных примесей по материалу ячейки (полиэтилен) с учетом качества поверхности. Угол трения по полиэтилену почвенных примесей равен 30,2°, а корнеплодов - 26,6°.

5. Анализ фракционного состава почвенных примесей,определенный в результате физико-механических исследовании вороха корнеплодов моркови, взятого из машины после прохождения органов первичной очистки, и теоретические исследования процесса западания комков почвы в ячейку почвоотделителя дали возможность установить оптимальный (равный 0,07 м) диаметр ячейки почвоотделителя, Предназначенного для отделения почвенных комков размером, соот

- 153 ветствующим максимальным диаметрам товарной фракции корнеплодов.

6. В процессе теоретических исследований работы ячеистого почвоотделителя были установлены зависимости между диаметром ячейки и угловой скоростью почвоотделителя и зависимость длины цилиндрической части ячейки от угла затаскивания почвенных примесей для различных фракций почвы, на основании которых оцределена длина цилиндрической части ячейки, равная 0,019 м.

7. Полевыми исследованиями ячеистого почвоотделителя и испытаниями морковоуборочной машины, оснащенной им, установлено следующее: оптимальная загрузка ячеистого почвоотделителя диаметром I м и длиной 3 м равна 11,6 кг/с, что соответствует поступательной скорости машины, равной 1,44 ш/ч; наиболее полное отделение почвенных примесей от корнеплодов моркови, равное 83,8°, получено при угле наклона оси почвоотделителя к горизонтали 2° и влажности почвы 21,9$; ячеистый почвоотделитель показал себя высокоэффективным рабочим органом для отделения почвенных примесей от корнеплодов моркови, максимальная полнота отделения которых составила 95,9$, при угле наклона оси почвоотделителя к горизонтали, равном 2°, и влажности почвы 21,9$.

8. Расчет экономической эффективности морковоуборочной машины выкапывающего типа, оснащенной ячеистым почвоотделителем, по сравнению с морковоуборочной машиной теребильного типа EM-II (ГДР) показал, что црименение предложенной машины позволяет: повысить производительность уборки моркови в 2-2,5 раза ; снизить затраты труда на уборку I га моркови на 51,9$; сэкономить в год 3564,39 руб.

9. Результаты научных исследований позволяют рекомендовать

- 154 для уборки моркови наряду с существующими машинами теребильного типа машину выкапывающего типа, оснащенную ячеистым почвоотде-лителем.

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС.-М.: Политиздат,1981.-223с.

2. Продовольственная программа СССР на период до 1990 года и меры по ее реализации. Материалы майского Пленума ЦК КПСС 1982г. -М.: Политиздат, 1982,- III с.

3. Томберг А.А. Морковь.-М.: Московский рабочий, 1963,- 72 с.

4. Лукьянц В.Н., Боголепов Г.Г., Красагина Е.К. Столовые корнеплоды.- Алма-Ата: Кайнар, 1969.-10 с.

5. Брызгалов В.А. Справочник по овощеводству.- Ленинград: Колос, 1982. 511 с.

6. Яшина З.Е. Механизация уборки овощей в СССР и за рубежом. Обзорная информация ЦНИИТЭИ В/О "Союзсельхозтехника".- М.: 1977.- 40 с.

7. Колчинский Ю.Л. Современное состояние и основные направления совершенствования механизации и уборки послеуборочной обработки корнеплодов.- Труды /Научно-иссл.ин-т овощного хоз-ва

8. МСХ РСФСР, 1977, т.9. Механизация овощеводства открытого грунта, с.127-136.

9. Чичкин В.П., Казимиров В.А., Казимирова А.С. и др. Механизация уборки и послеуборочной доработки урожая.-Сб. статей/ Модц.Научно-иссл.ин-т орошаемого земл. и овощ.,1979, Механизация овощевоства, с.40-73.

10. Кузьмин В.М., Петрухин В.П., Самохин О.Г. Механизированная уборка моркови на тяжелых почвах.-Картофель и овощи, 1979, Я7, с.22-23.

11. Диденко Н.Ф., Хвостов В.А., Медведев В.П. Машины для уборки овощей.-М.: Машиностроение, 1973. 280 с.

12. Хвостов В.А., Левчук Л.И. Основные направления и перспективы развития средств механизированной уборки столовых корнеплодов: Обзорная информ. ЦНИИТЭИ Министерства тракт, и с.-х.машиностр.серия "с.-х. машины-М.:1975,-46с.

13. Прохорова М.Ф., Суханова Р.С. Механизированная уборка овощей за рубежом. Обзорная информация ВНИИТЭИ,ВАСХНИЛ.-М., 1981,-бОс.

14. Хвостов В.А.,Левчук Л.И., Раскатов В.Г. Машины для уборки моркоЕи.- Картофель и оеощи, 1982, №1, с.33-34.

15. Колчин Н.Н., ЗемляноЕ Л.С. Машины для уборки и послеуборочной обработки картофеля и овощей на Международной выставке "ЕИМА-81"(г.Болонья, Италия). -Тракторы и сельхозмашины,1982, №, с.36-38.

16. Диденко Н.Ф. Новые машины для уборки моркови и лука.-Картофель и овощи. 1979, №7, с.23-25.

17. LancC6oywmechanisatia, 1979,30,5; 551-554p; 25325.

18. Genvuse, i<980, 16, 1- 14-16,24; П ЪОЭЬЪ.

19. Коломиец А.А. Комплексная механизация возделывания овощных культур в открытом грунте.-М.: Россельхозиздат,1969.-2Пс.

20. Герасимчик В.Г. Опыт механизированной уборки моркови.-Техника е сельском хозяйстве,1981,НО, с.17-18.

21. Кузьмин В.М. Механизация еыкопки моркоЕи.-Картофель и овощи, I982,№9, с.22-24.

22. Ямбаев Л.М. Свеклоуборочные машины на уборке моркови,- Техника в сельском хозяйстве, 1981,№9, с.18-19.

23. Диденко Н.Ф., Хвостов В.А. Основные тенденции развития с.х. техники для уборки овощных корнеклубнеплодов.-Тракторы и сельхозмашины, 1976,№5, с.43-46.

24. Сборник агротехнических требований на тракторы и сельскохозяйственные машины.-М.: Производственно-издательский комбинат, 1979.-323 е.- (т.25).

25. ГОСТ 1721-67. Морковь столовая свежая.-Взамен 1721-54; ВЕед. с 01.06.68 до 01.07.81.- 4 с.

26. Попов А.А.,ПозднеЕ Ю.Е. Пункт для подработки моркоЕи.- Техника в сельском хозяйстве,1981,№9, с.19-20.

27. А.с.286380 (СССР). Сепаратор корнеплодов /Автор.изобрет. В.М.Кузьмина.-Заявл.02.01.67, MI23483/30-I5; Опубл.Е Б.И., 1970, №34.

28. А.с.305843(СССР). Устройство для отделения корнеклубнеплодов от камней и комков почвы /Автор изобрет.А.В.Позднев.-Заявл.30.03.70, Щ420387/30-15; Ойубл.в Б.И.1971,М9,

29. А.с.275572 (СССР). Очиститель корнеплодов от земли и ботвы /Украинский НИИ с.х.машиностр; автор изобрет.Ф.Л.Роденко, А.С.Бетчер, Г.К.Ильге, В.А.ЛастоЕенко и В.В.Дудко.-ЗаяЕЛ.2804.69, И324453/30-15; Опубл.в Б.И.,1970,№22.

30. Дзюба В.И. Исследование подкапывающих рабочих органов машины для уборки моркови и столовой свеклы.-Дис.канд.техн. наук.-Харьков, 1961.- 187 с.

31. Рустамов С.И. Кинематическое и динамическое исследование работы активного (колеблющегося) лемеха машин для уборки картофеля и клубнеплодов.-Дис.канд.техн.наук.М.:1967,-174 л.

32. Гиммельфарб В.И. Исследование вибрационных подкапывающих рабочих органов машин для уборки картофеля и корнеплодоЕ в условиях северо-запада СССР.-Дис.канд.техн.наук.-Ле-нинград-Цушкин, 1964.-160 л.

33. Хвостов В.А. Исследование процесса извлечения моркови из почвы выжимными ротационными копачами.-Дис.канд.техн. наук.-М.,1968.-159 л.

34. Майковский И.А. Исследование выравнивающего аппарата для обрезки 6отеы столовой свеклы и моркови при машинной уборке. -Дис. .канд.техн.наук.-М.,1965.-201л.

35. Адамонис Д.Ю.Исследование технологического процесса рабочих органов для отрыЕа-облома ботвы столовой моркови.-Дис. канд.техн.наук.-Каунас, 1975.-191л.

36. Федоров В.И.Исследование процесса выравнивания и ботвоотде-ления в потоке корнеплодоЕ при работе корнеплодоуборочной машины.-Дис.канд.техн.наук.-М.,1967.-174 л.

37. Бакулев Л.С.Разработка и исследование производственного процесса машинной уборки корнеплодов.-Дис.канд.техн. наук.-М.,1967.-156 л.

38. Сухарев В.М. Исследование механизированной уборки моркови- 159 е условиях Куйбышевской и Московской областей.-Дис.канд. техн.наук.-Волгоград, 1970.-241 л.

39. Галушко Э.Д. Исследование и обоснование технологии и комплекса машин для возделывания и уборки моркови в условиях центральной зоны СССР.-Дис.канд.техн.наук.-М.,1972.-183л.

40. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин. В 4-х т./Под ред.М.И.Клецкина.-2-е изд.,перераб.и доп.-М.:Машиностроение, 1967.- Т.З, 743 с.

41. Сорокин А.А. К обоснованию параметров колебаний сепарирующих рабочих органов картофелеуборочных машин.-Труды/ВИСХОМ, 1961, вып.28, с.32-35.

42. Герасимов С.А.,Кривогов Н.И. К обоснованию параметров встряхивателей сепараторов картофелеуборочных машин.-Трак-торы и сельхозмашины, 1967, №6. 31с.

43. Петров Г.Д. Картофелеуборочные машины.-М.:Машиностроение, 1972.-400с.

44. Елехман Н.И., Джанелидзе Г.Ю. Вибрационное перемещение.-М.: Машиностроение, 1964.-410 с.

45. Диденко Н.Ф., Петров Г.Д. Исследование рабочего процесса качающегося грохота.-Труда/ВИСХ0М,1969,еып.58, с.154-224.

46. A.C.I0406I (СССР) Устройство для разделения корнеплодови примесей по длине /Саратовский ин-т мех.с.х.;автор.изо-брет.В.П.Волосевич,В.Г.Коба,и В.М.ЦареЕ.-ЗаяЕЛ.05.01.82, №3377266/30-15; Опубл. в Б.И., 1983, №34.- 160

47. Разработка технологии и приспособлений для уборки моркови с использованием машины ЛКГ-1,4. Отчет /Саратовского ин-та мех.с.х.; Руководитель работы В.Г.Коба.-Хоз.дог.раб.№16-80 Гос.per.№ 80073126; инв.гё 02823054273.-Саратов,1982.-42 с.

48. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин. В 4-х т./Под ред.М.И.Клецкина.-2-е изд. ,перераб.и доп. -М.: Машиностроение, 1967.-Т.4, 535 с.

49. ГОСТ 24055-80. Техника сельскохозяйственная. Методы эксплуатационно-технологической оценки. Общие положения.-Введ. с 01.01.81 до 01.01.84. 14 с.

50. ГОСТ 24057-80. Техника сельскохозяйственная. Методы эксплуатационно-технологической оценки машин на этапе испытаний.-Введ. с 01.01.81 до 01.01.84. 10 с.

51. Завалишин Ф.С., Мацнев М.Г. Методы исследований по механизации сельскохозяйственного производства.-М.:Колос, 1982.231 с.

52. Доспехов Б.А., Методика полевого опыта.-4-е изд. перераб. и доп. -М.:Колос, 1979.-416 с.

53. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных.-3-е изд.доп.и перераб.-М.: Колос, 1973. 199 с.

54. Мельников С.В., Алешкин В.Г., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов-2-е изд.перераб.и доп.-Л.: Колос, 1980.-168 с.

55. Кукта Г.М. Испытание сельскохозяйственных машин. М.: Машиностроение, 1964.-282 с.

56. Вознесенский В.Л. Первичная обработка экспериментальных данных.-Л.: Наука, 1969.-83 с.60