автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование подкапывающих рабочих органов машин для уборки картофеля



На правах рукописи

Кирюшин Илья Николаевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПОДКАПЫВАЮЩИХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ МАШИН ДЛЯ УБОРКИ КАРТОФЕЛЯ

Специальное гь 05 20 01 — технологии и средства механизации в

сельскохозяйственном производстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003 1В104и

Рязань - 2007

003161040

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Рязанская государственная сельскохозяйственная академия им проф П А Костычева»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Успенский Иван Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Сорокин Александр Алексеевич

ГНУ «вим»

доктор технических наук, профессор Бышов Николай Владимирович ФГОУ ВПО «Рязанская ГСХА»

Ведущая организация: ГУ Рязанский научно-исследовательский и проектно-

Защита диссертации состоится «30» октября 2007 г в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 220 057 02 при ФГОУ ВПО «Рязанская государственная сельскохозяйственная академия им проф П А Костычева» по адресу 390044, г Рязань, ул Костычева, д 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Рязанской государственной сельскохозяйственной академии им проф П А Костычева Автореферат разослан «30» сентября 2007г

Объявление о защите и автореферат размещен на сайте ФГОУ ВПО РГСХА www rgsha ru «30» сентября 2007 года

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу 390044, г Рязань, ул Костычева, д 1, ученому секретарю диссертационного совета

Ученый секретарь диссертационного совета,

технологический институт АПК (ГУ РНИПТИ АПК)

доктор технических наук, профессор

Угланов М Б

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Картофель является одной из важнейших продовольственных и сырьевых культур Его производством занимаются более 140 стран мира В мировом производстве растительных продуктов, по валовому сбору, картофель занимает одно из ведущих мест, при этом на Российскую Федерацию приходится около 15 17% общего объема производства

Производство картофеля связано с большими энерго- и трудозатратами При этом от 60 до 70% всех затрат приходится на заключительную стадию всего процесса — уборку урожая Основная трудность заключается в том, что для сбора урожая картофеля необходимо поднимать значительный по объему и массе пласт почвы, и выделять из него с минимальными потерями и повреждениями клубни, доля которых незначительна и составляет не более 2% Поэтому качество работы картофелеуборочных машин в значительной степени зависит от процесса подкапывания, то есть от совершенства подкапывающих органов В то же время уборка картофеля должна происходить в короткие сроки, что требует высокой надёжности, как подкапывающих рабочих органов, так и уборочных машин в целом

В связи с этим и возникла потребность в осуществлении работ по совершенствованию, обоснованию параметров, режимов работы подкапывающих рабочих органов машин для уборки картофеля

Цель исследований. Совершенствование подкапывающих рабочих орга-1 нов, обоснование их конструктивных параметров и режимов работы, обеспечивающих высокие агротехнические показатели работы картофелеуборочных машин

Объект исследований. Дисковые элементы подкапывающих рабочих органов картофелеуборочных машин

Методика исследований. Теоретические исследования выполнены на основе положений, законов и методов теоретической механики и математического анализа с использованием ЭВМ Экспериментальные исследования выполнены с применением отраслевых и частных методик и теории планирования многофакторного эксперимента Обработка экспериментальных данных осуществлялась методами регрессионного анализа

Научная новизна работы. Разработаны математические модели силового взаимодействия диска, снабженного почвозацепами, с почвенным пластом и частями растений, позволяющие определить зависимости тягового сопротивления и крутящего момента от его основных параметров Проведён анализ износостойкости почвозацепов и их влияние на надежность уборочных машин

Практическая ценность работы. Разработан и обоснован новый рабочий орган картофелеуборочных машин (патент на п м №37905,1Ш, М кл2 А 01 Д 25/04), позволяющий снизить тяговое сопротивление, повреждения клубней, их потери, сократить время на остановки по технологическим причинам, содержание почвы в сходящем ворохе, улучшить крошение клубненосного пласта и повысить часовую производительность

Реализация результатов исследований. Опытный картофелекопатель, созданный на базе КСТ-1,4А и оснащенный экспериментальным подкапывающим рабочим органом, прошел хозяйственные испытания в ПСК «Надежда» Ря-

занского района и ЗАО «Старожиловский конный завод» Старожиловского района Рязанской области в период массовой уборки картофеля (конец августа - начало сентября) 2002 2004 гг В общей сложности за три года им был убран картофель на площади в 97 га

Опытный картофелеуборочный комбайн, созданный на базе комбайна КПК 2-01, оснащенный экспериментальным подкапывающим рабочим органом, прошел хозяйственные испытания в ООО «Победа» Шацкого района Рязанской области в период массовой уборки картофеля в 2003 2005 гг В общей сложности за три года им был убран картофель на площади в 63 га

Результаты исследований переданы в ООО «РКЗ-Комплект» и используются для создания новых картофелеуборочных машин

На защиту выносятся следующие научные положения:

- обоснование формы и основных параметров почвозацепов нового зубчатого диска подкапывающих рабочих органов,

- теоретические зависимости тягового сопротивления и крутящего момента диска от его основных параметров и режимов работы,

- результаты теоретических и лабораторных исследований работы диска,

- результаты хозяйственных испытаний усовершенствованных картофелеуборочных машин и технико-экономическая оценка их применения

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и обсуждены на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов Рязанской государственной сельскохозяйственной академии имени проф ПА Костычева в 2004-2007 гг, Ижевской государственной сельскохозяйственной академии в 2005 г, Московского ГАУ им В П Горячкина в 2007г

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 9 научных трудов, в том числе патент РФ на полезную модель, 1 статья в центральном издании

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений Работа изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 10 таблиц, 36 рисунков Список литературы включает 129 наименований

Содержание работы Во введении обоснована актуальность, сформулирована цель работы, приведены основные ее положения, выносимые на защиту

В первой главе «Современное состояние вопроса и задачи исследования», рассмотрены проблемы, возникающие при уборке картофеля из-за определенного несовершенства подкапывающих органов, выполнен краткий обзор существующих конструкций

Проведен анализ основных научных исследований по совершенствованию подкапывающих органов. Этому вопросу посвящены работы многих ученых, в том числе В П Горячкина, Н И Верещагина, С А Герасимова, И П Гудзенко, М Ю Костенко, А П Литвинова, Н Н Лутхова, Н М Марченко, И В Никулина, Г Д Петрова, В М Переведенцева, К И Родина, А А Сорокина, М Б Угланова, И А Успенского и др

Из анализа оценки существующих конструкций подкапывающих органов по коэффициенту полноты отделения и зависимости массы почвы от влажности следует, что оптимальным с точки зрения энергозатрат, надежности работы и качества выполняемого технологического процесса для картофелеуборочных машин является орган, состоящий из пассивных лемехов и активных боковин (дисков) При его применении в приёмной части уборочной машины рабочий процесс протекает качественно с существенно меньшими энергозатратами

На основании проведенного анализа и, исходя из поставленной цели, определены следующие задачи исследования

1 Провести анализ существующих конструкций подкапывающих рабочих органов картофелеуборочных машин и выявить пути их совершенствования,

2 Усовершенствовать конструкцию подкапывающего рабочего органа картофелеуборочных машин,

3 В ходе теоретических и экспериментальных исследований выбрать и обосновать режимы работы и основные параметры дополнительных устройств новых дисковых элементов подкапывающего рабочего органа,

4 Оценить показатели надежности работы картофелеуборочных машин с усовершенствованными подкапывающими рабочими органами и износостойкость зубчатых дисков,

5 Провести хозяйственные испытания усовершенствованных машин, на основании которых определить экономическую эффективность от применения разработки

Во второй главе «Теоретическое обоснование совершенствования параметров и режимов работы дисковых элементов подкапывающих рабочих органов машин для уборки картофеля», обоснован выбор рациональной формы режущей кромки почвозацепа и определены его параметры, проанализирован процесс силового взаимодействия диска с почвой, рассмотрены режимы работы дисков, проведены теоретические исследования износостойкоси зубчатых дисков с поч-возацепами

Для обоснования рациональной формы и геометрических параметров режущей кромки было рассмотрено несколько форм почвозацепов и проведено их сравнение по следующим показателям

а - металлоемкости конструкций диска с почвозацепами,

6 - тяговому сопротивлению диска с почвозацепами,

в - перерезанию элементов сорных растений и ботвы

Основным элементом предложенного диска является зуб с режущей кромкой, выполненной по логарифмической кривой В нашем случае уравнение логарифмической кривой имеет вид (рис 1)

где г = гк - конечное значение радиус-вектора, м, г0 - начальное значение радиус-вектора, м, ц/ - угол обхвата режущей кромки одного зуба, рад, т - угол скольжения, рад В данном случае т = const

Рисунок 1 - Схема для определения металлоемкости зубчатого диска с поч-возацепами

Из схемы (рис 1)

гк-г0=К=^г0(г***г-1), (2)

С учетом (2) выражение для определения длины режущей кромки имеет вид

«р _

1ЛВ =с = —5— \Jsin2 т + 2 втт + еш'8т йТ , (3)

2$тт о

После преобразований

(4)

С-~2Г0

/ «ftfcr + --

v СО.? Г J

Площадь зубчатого диска с почвозацепами определим по формуле $общ = (S'iyíía + Sn) Z , (5)

где S„ - площадь почвозацепа, м2,

S3y6a = SOAB - площадь зуба, ограниченная радиусами г0 по впадинам, м2,

Z - число зубьев, шт В общем виде запишем

14/2

soab =7Í r/úV, (6)

Z Y,

Окончательно получим выражение для определения площади зубчатого диска с почвозацепами в форме

- прямоугольника

So6l4 =K(<F + 2 tgr е^ tgr e2^)+5r0(e^-l)k„, (7)

- прямоугольной трапеции

^ =jr02(f+2 tgr e*** +j tgr e2^)+5r0(e^ -1) k„ -5k¡ tgan, (8)

- прямоугольного треугольника So6m=±rfa+2 tgr е^Ц tgr e2^)+jr0fe

IfCtgT

-v к,

(9)

Для сравнения дисковых элементов по тяговому сопротивлению был проведен теоретический анализ процесса силового взаимодействия зубчатого диска с почвозацепами и почвы (рис 2)

V

dx

л-h.

Qn,

/ 1 / 1 i н » |

1 1 1 1 1 1 / 1 /

J 1 1 1 V * ■i j 1 / t/

х

/ \

OS

.X.

Рисунок 2 - Схема к определению тягового сопротивления диска с почвозацепами, зубья которого имеют режущую поверхность, выполненную по логарифмической кривой

В результате получено выражение для определения тягового сопротивления дискового элемента с почвозацепами различных форм

Qn4\bd Н+ XS„ cosp, I 2,г

i=Z'

2 Ьд r0

1 + -

cost

n-2arcsml—

2H

(10)

+ ZSn smfi,

где Q'nч - вес подкапывающей части картофелеуборочной машины с зубчатыми дисками, Н

При исследовании был произведен сравнительный анализ дисковых элементов подкапывающего рабочего органа следующих типов диска с зубьями, выполненными по логарифмической кривой без почвозацепов, диска с почвозаце-

пами, имеющими форму прямоугольника, диска с почвозацепами, имеющими форму прямоугольной трапеции, и диска с почвозацепами, имеющими форму прямоугольного треугольника (табл 1)

Таблица 1 Сравнительные характеристики дисков с почвозацепами разной формы___

№ п/п Сравниваемые показатели Зубчашй днжбез гочвозашюв Зубчатый диск с почвозацепами

Пряшугопьная форш Прямоугольная трапеция Прямоугольный треугольник

1 Увеличение метать лоемюсщ% 0,0 3,4 33 1,7

2 Увеличение тягового сопро1ивжяи^% 0,0 145 11Д 8,7

При анализе перерезания элементов сорных растений и ботвы почвозацепа-

Б) - сила трения между почвозацепом и элементом растения, Н, Т2 - сила трения между почвой и элементом растения, Н, Оп - угол наклона рабочей кромки почвозацепа к высоте трапеции, град, 6 - угол защемления, град

Рисунок 3 - Схема воздействия рабочей кромки почвозацепа на элемент растения

На элемент растения действуют силы N1 и N2, нормальные к рабочей кромке и поверхности почвы Если он будет выталкиваться из раствора рабочей кромки и поверхности почвы, то на него действуют силы трения Б! и Т2, максимальные значения которых найдем из выражений

ЯП, (11)

Р2=Ы21ё(р2, (12)

где и tgф2 - коэффициенты трения элемента растения соответственно о сталь и о почву

Условие защемления растительных остатков в вышеуказанном растворе Р2>Ы1 зтЗ-Р, соэЗ , (13)

После преобразований полученное условие примет вид а < ср, + ф2, (14)

Анализируя выражение (14), можно сделать вывод, что почвозацеп, выполненный в форме прямоугольной трапеции является наиболее рациональным решением для перерезания растительных остатков

Для обеспечения рациональных режимов работы пассивных дисковых элементов подкапывающего рабочего органа необходимо выбрать соотношение поступательной скорости агрегата и частоты их вращения

Силовое воздействие диска на почву без учета сил трения было рассмотрено ранее и получено выражение для определения тягового сопротивления Рассмотрим крутящий момент и тяговое сопротивление создаваемые силами трения (рис 4)

.« V

Рисунок 4 - Расчетная схема сил, действующих на диск, работающий в пассивном режиме

Элементарный момент сил трения в бесконечно малом элементе площа-яи точки А диска равен

jm -> f 2 i ! v ■cosa,l -«>■ р\ /1 с \

=2-р- fmp ■ p¿A ■ dpA ■ d<XA • -. ^ = - (15)

0-PaVo-Pa -2y-cosaA)+ V

где p - давление почвы на боковую поверхность диска, Н/м2;

fmp - коэффициент трения диска о почву;

рА - радиус, координирующий точку А на диске, м;

<хА - угол, координирующий точку А на диске, град;

v- поступательная скорость движения агрегата, м/с;

со - угловая скорость вращения диска, рад/с.

Момент, создаваемый почвозацепами определяется по формуле

где У s„ - суммарная площадь поч воза не по в, м2;

!=Z<

г —- - плечо Действия силы, м; 2

nc - удельная сила сопротивления почвы, Н/м\

Суммарный момент, создаваемый почвозацепами и самим диском, после преобразования равен

г-Н

arccos-—--,,

М _ Ш + U =# „ f Г Л '' f (í' eoSaA-(0-pA) p2A dpA daA

М общ. - M«uc + Мт,ч. = - ■ ■ Jтц j J --7-=~,-— - — 7 +

а<=о /у,=г~н рА\(о- рА - 2V cosaА)+ V"

м,

300 200 100 о

■100

-200

""о 2 4 б 8 га,рад/с

' - диск без почвозацепов;

— — — — — диск с поч воза цепам и формы прямоугольной трапеции; I I - диапазон рабочих скоростей пассивного диска.

Рисунок 5. - Теоретическая зависимость крутящего момента зубчатого диска от угловой скорости.

Ы7.'

Н-м

ч V

\

Результаты интегрирования выражений (15, 17) на ЭВМ при р = 2,3 Н/см2,/ = 0,5, Н= 20 см, К=1м/с представлены на рисунке 5

Анализируя рисунок 5 можно сделать вывод, что в диапазоне угловых скоростей от 0 до 2,8 рад/с (при Х=1) крутящий момент, создаваемый диском с поч-возацепами, остается значительным, и меньше зависит от частоты вращения диска Следовательно, обеспечивается вращение диска со сниженным буксованием, что приводит к более полному перерезанию растительности и ботвы острой кромкой зубьев и почвозацепов

Тяговое сопротивление, создаваемое диском с почвозацепами, состоит из тягового сопротивления самого зубчатого диска и тягового сопротивления, создаваемого почвозацепами

Величину тягового сопротивления, создаваемого силами трения на боковой поверхности диска, определим используя рисунок 4 Элементарная величина тягового сопротивления от сил трения dRx тр равна

у , V-o) р,< cosa dRXmp ~2 р fmp рА daA dpA -, , (18)

2п д/V[V-2 т рА cosa)+co р

Тяговое сопротивление, создаваемое силами трения на поверхности почвозацепов определим исходя из схемы, расположенной на рисунке 6

Рисунок 6 - Схема к определению момента и тягового сопротивления, создаваемого силой трения на поверхности почвозацепов Тяговое сопротивление, от сил трения на поверхности почвозацепов, находящихся в почве, имеет вид

Яхяоч =/тр Л'с Е^« ЯИД , (19)

1=2'

После преобразований общее тяговое сопротивление примет вид

г~И

агссоа— У

^ =2 Р Гтр С /2(ъ ^ * ^ ^ и ж -А (20)

ал=0 рл=г-н ^аГ рА +У\у~2а рА сошА) Результат интегрирования выражения 20 на ЭВМ при значениях р=2,3 Н/см2

- без почвозацепов, — —--- с почвозацепами

Рисунок 7 - Теоретическая зависимость тягового сопротивления, создаваемого силами трения на поверхности зубчатого диска

Проведенные расчеты показали, что при незначительном увеличении тягового сопротивления, вызванном наличием почвозацепов, крутящий момент, создаваемый ими, значительно повышает стабильность вращения диска без буксования Параметры зубчатого диска, полученные в результате исследований г=0,355м, Ъ= 10, к„ = /г3=0,1м, ¿„=0,01м, рациональная форма почвозацепа - прямоугольная трапеция

Помимо пассивно работающих дисковых ножей на картофелеуборочных машинах существуют различные схемы активного привода дисков Поэтому, нами было проведено исследование зубчатых дисков с активным приводом Для дисков, работающих в активном режиме (с приводом) расчетная схема для определения момента сил трения на диске и тягового усилия представлена на рисунке 8 В соответствии со схемой элементарный момент сил трения на диске определяется выражением (15), но величина его может быть с другим знаком в зависимости от показателя кинематического режима к= юдг/Умаш, то есть он либо будет препятствовать вращению диска, создавая силу сопротивления, либо будет работать в ведущем режиме, создавая дополнительное усилие за счет привода

Рисунок 8 - Схема к определению момента сил трения на диске, работающем в активном режиме

Для определения тягового сопротивления (усилия) диска, работающего в активном режиме, можно воспользоваться выражением (18) Для этого необходимо определить усилие N. создаваемое крутящим моментом активного диска Мад

N = -

М

ад

(21)

Выражение для определения тягового усилия диска без учета сопротивления почвы

аЛМад

аар0 УА

соьалс1рАс1аА ■

(22)

Тяговое сопротивление (усилие) активного диска в почве (рис 9)

о „ п 1хтяг тр

)—Л

огссов- = ь/

-n =2 р / | ^ " / (¥~т Ра сохал) Ра 4Ра <*аа

=о рл=г-н у1(р рАУ +У2 -2о) рА-соваА г-И

вгссоз-Л и/

Ра р*=г /2 Мад

| | - со&аАйрАйаА, (23)

ал=0 рА-г-Н Ра

Рисунок - Теоретическая зависимость тягового усилия, создаваемого на активном диске силами трения, от угловой скорости зубчатого диска при

^ыаиЛ.&З м/с.

Крутящий момент от гидропривода создает дополнительную движущую силу. Благодаря этому создаётся тяговое усилие активных дисков. Рациональная частота вращения вала привода активного диска составляет /?=39.07.,,50,42 об/мин, при скорости картофелеуборочной машины 3 км/ч.

В процессе работы в почве заострённые рабочие кромки зубьев и почвешне пов затупляются, растут энергозатраты, ухудшается качество технологического процесса резания почвенного гшаста и растительных остатков. Это является следствием износа рабочих поверхностей, контактирующих с почвой. Нами определялась долговечность зубчатого диска, исходя из износостойкости его материала. Зубчатые диски изготовлены из стали 65Г. При износе диаметр диска уменьшается, ухудшается и качество его работы. Предельно допустимое уменьшение диаметра диска определяется глубиной хода.

Минимально допустимый расчетный диаметр дискового ножа: Dmi„ = 2(11 + AV + ej-d, (24)

где H - глубина погружения лемеха в почву, м:

Л V- величина заглубления диска относительно лемеха, (AV- 0,01... 0,02 м); е- зазор между фланцем втулки и поверхностью ноля, м; d- диаметр фланца втулки, равный 0,1 м. Тогда расчётный радиус диска равен:

rmi„ = H + AV + e + ± = 0,2 + 0,02 + 0.03 + 0,05 = 0,3 м, (25)

Количество заточек дискового ножа до предельного износа можно определить исходя из того, что ножи затачиваются при затуплении лезвия до 1,5 мм, В период между заточками радиус зубчатого диска уменьшается на величину:

if, = ^*etg4:**JrCtglÛ' Щ 4,25мм, (26)

Количество заточек дискового ножа до его полного износа равно

иг-и'г 0,055-0,00425

п = —-- =-« 12, (27)

и',. 0,00425 ' '

Ресурс зубчатого диска составит

К = Ц1 + п) = 1(1 + 12) = 13(, (28)

где Я - ресурс,

? - периодичность заточек Ресурс почвозацепа составит

Я = г(1 + п) = Х1 + 3) = 41, (29)

Приняв за условие, что процесс изменения размеров почвозацепов носит линейный характер, время между заточками можно определить по формуле За. Мг '

иф Шч

где Бф - площадь, обработанная в ходе опыта, га, Ж, - часовая производительность, га/ч , и/ - износ лезвия диска между заточками, мм,

иф — фактический радиальный износ зубчатого диска за время опыта, мм

50 4,25 47 4,25

=-= 724,7ч, =-= 355,6ч, (31)

1 0,71 0,413 2 1,36 0,413

где - периодичность заточек при работе на суглинистой почве, ч, периодичность заточек при работе на супесчаной почве, ч Срок службы зубчатого диска с почвозацепами на суглинистой почве равен Л/ = 2898,8 ч, на супесчаной /?2 = 1422,4 ч

При работе на суглинистой почве износостойкость зубчатых дисков с почвозацепами, изготовленных из материала Сталь 65Г, достаточна для обеспечения срока эксплуатации всей машины Однако, при работе на супесчаной почве срок службы зубчатых дисков с почвозацепами недостаточен из-за низкой износостойкости материала

На основании рассмотрения теоретических основ долговечности рабочих органов мы пришли к заключению, что повышение износостойкости материала предложенного нами зубчатого диска возможно несколькими способами

- применение более высокоуглеродистых марок стали,

- применение различных способов и видов наплавления металла (дуговая наплавка, индукционная наплавка сплавов типа «сормайт», плазменная наплавка и др)

- термообработка рабочих поверхностей зубчатого диска

В третьей главе «Лабораторные исследования разработанного подкапывающего рабочего органа картофелеуборочной машины», изложены программа и методика лабораторных исследований, описана конструкция лабораторной установки, приведены результаты выполненных исследований

Экспериментальные исследования проводились с целью уточнения конструктивных параметров и режимов работы предлагаемых дисковых элементов подкапывающих рабочих органов

Лабораторные исследования процесса взаимодействия диска с клубненосным пластом и растительными остатками проводились на лабораторной установке, состоящей из почвенного канала, пульта управления с электролебедкой, которая посредством троса перемещает по почвенному каналу тележку В первой серии опытов к тележке был прикреплен пассивно работающий диск с почвоза-цепами, а во второй - активный зубчатый диск, приводимый от гидромотора

Проведен лабораторный эксперимент по плану многофакторного эксперимента типа 2К, где к - число факторов (в нашем случае оно равнялось 3) Матрица планирования эксперимента была реализована на среднем суглинке с влажностью 19-22% Расхождение теоретических результатов с результатами, полученными лабораторным путем составило 3,5 - 3,6%

В четвертой главе «Экспериментальные полевые исследования» изложены программа и методика полевых исследований, приведены результаты выполненных исследований экспериментальных картофелеуборочных машин, описана их конструкция Также приведены программа, методика и результаты исследований надежности и износостойкости агрегатов

Полевые исследования пассивных дисковых элементов подкапывающих рабочих органов производились на экспериментальном картофелекопателе, изготовленном на базе серийного картофелекопателя КСТ-1,4А

В результате исследований установлено, что благодаря монтажу дисковых элементов с почвозацепами в форме прямоугольной трапеции на боковой поверхности достигается сокращение потерь времени по технологическим причинам на 33%, повышение производительности труда на подборе на 22%, снижение содержания почвы в сходящем ворохе на 30,8%, уменьшение тягового сопротивления картофелекопателя на 18%

При этом диаметр диска составлял 0,71 м при глубине хода до 0,2 м, числе зубьев 10, высоте зуба 0,1 м, ширине почвозацепа 0,011 м

Исследования эксплуатационной надежности картофелеуборочных машин показали, что техническая надежность экспериментального картофелекопателя по сравнению с серийным КСТ-1,4А не изменилась, а удельные показатели надежности у новой машины улучшились Это можно объяснить тем, что часовая производительность повысилась, а трудоемкость работ по техническому обслуживанию и ремонту агрегата осталась на прежнем уровне

Исследование износа вертикальных отрезных дисков с почвозацепами показали, что износостойкость предложенных дисков достаточна для эксплуатации на суглинистой почве в течение всего срока службы картофелеуборочной машины, составляющего 8 лет

Полевые исследования активных дисковых элементов подкапывающих рабочих органов производились на картофелеуборочном комбайне КПК-2-01

В результате исследований установлено, что благодаря использованию дисковых элементов с приводом достигается сокращение потерь времени по технологическим причинам на 12%, повышение производительности на 17%, сниже-

ние содержания почвы в бункере на 16%, уменьшение тягового сопротивления на 15%

В пятой главе «Технико-экономическая эффективность применения разработанных комбинированных подкапывающих рабочих органов», представлена технико-экономическая оценка использования результатов работы

Расчет экономической эффективности применения дисковых элементов в подкапывающей части картофелеуборочной машины проводили на основании результатов хозяйственных испытаний и в соответствии с методикой определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники

Установлено, что годовой экономический эффект от использования экспериментальных подкапывающих рабочих органов в результате снижения эксплуатационных затрат в ценах на 01 01 2007 г для картофелекопателя и комбайна составил 8626,8 рублей и 26070,75 рублей соответственно В перерасчете на 1 га - 143,78 рублей и 579,35 рублей Суммарный годовой эффект на 1 га с учетом снижения потерь и повреждений составил соответственно 2143,58 руб/га и 2423 руб/га

Общие выводы

1 Из анализа технологического процесса установлено, что для повышения эффективности использования картофелекопателей, необходимо в подкапывающей части использовать вертикальные отрезные зубчатые диски с почвозацепа-ми Для более энергоемких уборочных машин и условий работы рациональным является применение зубчатых дисков с активным приводом

2 Получены аналитические выражения для определения основных параметров дисковых элементов с почвозацепами Результатами теоретических и экспериментальных исследований установлено, что для зубчатого дискового элемента с почвозацепами рациональной их формой является прямоугольная трапеция Дисковый элемент должен иметь следующие параметры высоту зуба и почвоза-цепа 0,1 м, число зубьев 10, ширину почвозацепа 0,01 м

При поступательной скорости движения 3 км/ч частота вращения диска в активном режиме должна составлять 48,6 мин"1

3 Установлено, что почвозацепы разработанного пассивного дискового элемента дают прибавку в крутящем моменте от 91,5 до 274,5 Н м, надежно обеспечивая вращение диска без буксования и перерезание растительности и ботвы рабочей кромкой зубьев и почвозацепов

4 Сравнительные испытания экспериментального картофелекопателя, и серийного картофелекопателя КСТ-1,4А показали, что применение разработанных зубчатых дисков с почвозацепами дает положительные результаты полнота выкапывания составляет 99,1% против 97,6%

5 Часовая производительность и коэффициент использования времени смены для усовершенствованного картофелекопателя по сравнению с серийным повысились соответственно на 23% и 6%, вследствие чего удельные показатели надежности у новой машины улучшились

6 Исследование износа разработанных зубчатых дисков за период исследования показал, что при отсутствии производственного брака срок эксплуатации

дисков на суглинистой почве будет равен сроку эксплуатации картофелеуборочной машины 8 лет

7 Использование разработанного привода отрезающих дисковых элементов в подкапывающей части картофелеуборочного комбайна снижает тяговое сопротивление экспериментального подкапывающего рабочего органа на 15% в сравнении с базовым вариантом их работы, улучшает крошение клубненосного пласта на 11%, позволяет увеличить чистоту сходящего вороха на 16%

8 Годовой экономический эффект от снижения эксплуатационных затрат составил 143,78 руб /га, суммарный годовой эффект на 1 га с учетом снижения потерь и повреждений составил 2143,58 руб/га Граница экономической эффективности по цене экспериментального картофелекопателя с измененной подкапывающей частью в сравнении с базовым вариантом составляет 147978,92 рубля и превышает расчетную в 1,27 раза Результаты исследований переданы в ООО «РКЗ-Комплект» и используются для создания новых картофелеуборочных машин

9 Проведенные хозяйственные полевые испытания экспериментального картофелеуборочного комбайна на общей площади 63 га подтвердили адекватность полученных теоретических зависимостей и методики выбора рациональных параметров и режимов работы дисков Годовой экономический эффект от снижения эксплуатационных затрат составил 579,35 руб /га, суммарный годовой эффект на 1 га с учетом сйижения потерь и повреждений составил 2423 руб/га Граница экономической эффективности по цене экспериментального картофелеуборочного комбайна с измененной подкапывающей частью в сравнении с базовым вариантом составляет 845006,56 рубля и превышает расчетную в 1,2 раза Результаты исследований переданы в ООО «РКЗ-Комплект» и используются для создания новых картофелеуборочных машин

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1 Патент на полезную модель № 37905,1Ш, М кл 2 А 01 Д 25/04 Выкапывающий рабочий орган картофелеуборочного комбайна / Кирюшин И Н, Боры-чев С Н , Успенский И А , Переведенцев В М и др - Опубл 20 05 2004 бюл № 14

2 Борычев С Н , Кирюшин И Н, Теоретическое исследование зубчатого диска с почвозацепами//Сб научн тр мол ученых РГСХА, 2005, с 144-146

3 Кирюшин И Н Лабораторная установка для исследования зубчатого диска, имеющего активный привод с инерционным механизмом // Сб научн тр РГСХА, 2005, - с 94-95

4 Кирюшин И Н, Борычев С Н, Теоретическое исследование зубчатого диска, имеющего активный привод с инерционным механизмом// Сб научн тр мол ученых РГСХА, 2005, с 146-148

5 Кирюшин И Н Новый подкапывающий рабочий орган картофелеуборочной машины//Мат-лы научн-практ конф ИжГСХА, 2005-с 97-102

6 Борычев С Н , Кирюшин И Н, Обзор и классификация подкапывающих рабочих органов картофелеуборочных машин // Сб научных работ Брянск, 2006, с 65-68

7 Борычев С Н , Кирюшин И Н , Успенский И А , Лабораторная установка для исследования зубчатого диска с почвозацепами картофелеуборочных машин // Сб научных трудов профессорско-преподавательского состава РГСХА, 2006, с 403405

8 Кирюшин И Н, Борычев С Н, Переведенцев В М, Исследования надежности картофелеуборочных машин с подкапывающим рабочим органом, имеющим вертикальные отрезные диски с почвозацепами // Сб материалов Международной конференции - М ФГОУ ВПО МГАУ, 2007, с 204-206

9 Кирюшин И Н, Борычев С Н, Успенский И А Прямоугольная трапеция и круглая картошка // журнал «Сельский механизатор» №7,2007 - с 45

Тираж 100 экз, заказ №67 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Рязанская государственная сельскохозяйственная академия им проф П А Костычева» 390044, г Рязань, ул Костычева, 1 Отпечатано в информационном редакционно-издательском центре ФГОУ ВПО РГСХА 390044, г Рязань, ул Костычева, 1

Реферат.

Условные обозначения.

Введение.

1. Современное состояние вопроса и задачи исследования.

1.1.Проблемы механизированной уборки картофеля, связанные с подкопом клубненосного пласта.

1.2. Конструктивные разновидности подкапывающих рабочих органов машин для уборки картофеля.

1.3.Классификация современных подкапывающих рабочих органов.

1.3.1. Обзор и классификация отрезных дисковых боковин подкапывающих рабочих органов.

1.4. Анализ основных направлений и результатов исследований подкапывающих рабочих органов.

1.4.1. Пассивные подкапывающие рабочие органы.

1.4.2. Активные подкапывающие рабочие органы.

1.4.3. Комбинированные подкапывающие рабочие органы.

1.4.4. Исследования параметров и дополнительных устройств дисковых элементов подкапывающих рабочих органов.

1.5. Оценка качества функционирования подкапывающих рабочих органов картофелеуборочных машин.

1.6. Изнашивание рабочих органов почвообрабатывающих машин.

1.7. Постановка задач исследования.

1.8. Выводы.

2. Теоретическое обоснование совершенствования параметров и режимов работы дисковых элементов подкапывающих рабочих органов машин для уборки картофеля.

2.1. Технологические основы совершенствования параметров и режимов работы дисковых элементов подкапывающих рабочих органов.

2.1.1. Физико-механические свойства почвы, картофеля, ботвы, картофельной грядки.

2.1.2. Агротехнические требования.

2.1.3. Регулировки. Их влияние на качество и надёжность работы.

2.1.4. Пути повышения производительности картофелеуборочных агрегатов.

2.2. Усовершенствованный пассивный подкапывающий рабочий орган картофелеуборочных машин.

2.2.1. Устройство и технологический процесс усовершенствованного подкапывающего рабочего органа.

2.2.2. Теоретическое исследование параметров зубчатого диска с почвозацепами.

2.2.3. Обоснование режимов работы пассивных дисковых элементов подкапывающего рабочего органа.

2.2.4. Теоретические исследования долговечности зубчатых дисков с почвозацепами.

2.3.Активные зубчатые диски усовершенствованного подкапывающего рабочего органа картофелеуборочных машин.

2.3.1. Устройство и работа модернизированного подкапывающего рабочего органа.

2.3.2. Исследование крутящего момента и тягового сопротивления диска работающего в активном режиме.

3. Лабораторные исследования разработанного подкапывающего рабочего органа картофелеуборочной машины.

3.1. Программа исследования работы разработанного бокового вертикального отрезного диска.

3.2. Объект исследований и применяемое оборудование.

3.3. Методика лабораторных исследований и обработки опытных данных.

3.4. Результаты исследований разработанного подкапывающего рабочего органа.

3.5. Выводы.

4. Экспериментальные полевые исследования.

4.1. Программа и методика исследований.

4.1.1. Выбор фона и характеристика условий испытаний.

4.1.2. Агротехническая оценка работы экспериментальных картофелеуборочных машин.

4.1.3. Энергетическая оценка работы дисковых элементов подкапывающих рабочих органов.

4.1.4. Методика и аппаратура полевых исследований экспериментальных картофелеуборочных машин.

4.1.5. Результаты полевых исследований экспериментальных картофелеуборочных машин.

4.2. Исследования надежности картофелеуборочных машин с усовершенствованным подкапывающим рабочим органом, имеющим вертикальные отрезные диски с почвозацепами, работающие в пассивном режиме.

4.2.1. Программа исследований надежности серийных и усовершенствованных картофелеуборочных машин.

4.2.2. Исследования показателей эксплуатационной надежности серийных и усовершенствованных картофелеуборочных машин.

4.2.2.1. Объект и методика исследований показателей эксплуатационной надежности серийных и усовершенствованных картофелеуборочных машин.

4.2.2.2. Результаты исследования показателей надежности усовершенствованных картофелеуборочных машин.

4.3. Исследование износа вертикальных отрезных дисков с почвозацепами картофелеуборочных машин с усовершенствованным подкапывающим рабочим органом.

4.4. Выводы.

5. Технико-экономическая эффективность применения разработанных комбинированных подкапывающих рабочих органов.

5.1. Расчет технико-экономических показателей.

5.1.1. Экономический эффект от снижения эксплуатационных затрат.

5.1.1.1. Эксплуатационные затраты.

5.1.1.2. Нормативная прибыль от капиталовложений.

5.1.2. Экономический эффект от снижения повреждений.

5.1.3. Экономический эффект от снижения потерь.

5.1.4. Суммарный годовой экономический эффект.

5.2. Определение границ экономической эффективности использования нового варианта картофелеуборочных машин в сравнении с базовым.

Во введении обоснована актуальность работы, приведены основные ее положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены проблемы, возникающие при уборке картофеля из-за определенного несовершенства подкапывающих органов, выполнен краткий обзор существующих конструкций, проведен анализ основных научных исследований по совершенствованию подкапывающих органов.

В теоретических исследованиях обоснован выбор рациональной формы режущей кромки почвозацепа и определены его параметры; проанализирован процесс силового взаимодействия диска с почвой; рассмотрены режимы работы дисков; проведены теоретические исследования долговечности зубчатых дисков с почвозацепами.

В третьей главе изложены программа и методика лабораторных исследований, описана конструкция лабораторной установки, приведены результаты выполненных исследований.

В четвертой главе изложены программа и методика полевых исследований, приведены результаты выполненных исследований экспериментальных картофелеуборочных машин, описана их конструкция. Также приведены программа, методика и результаты исследований надёжности и износостойкости агрегатов.

В пятой главе представлена технико-экономическая оценка использования результатов данной работы.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

В первой главе:

1 - длина лемеха, м;

Р - сила подпора, Н;

8„л - площадь сечения пласта, м2;

Том - объемная масса (удельный вес) почвы, кг/м3; а - угол наклона лемеха, град; г| - поправочный коэффициент, учитывающий силы трения; ил - скорость движения лемеха в почве, м/с; и„ - скорость перемещения почвы по лемеху, м/с;

Ф - угол трения почвы о сталь, град; к - удельное сопротивление почвы, кг/м ;

Б - площадь поперечного сечения грядки, м2; - вес почвы, кг;

Ум - поступательная скорость клина, м/с; бв - временное сопротивление почвы сжатию, кг/м ; ак - угол крошения, град; л g - ускорение свободного падения, м/с ; г)отД - коэффициент полноты отделения почвы; а - коэффициент пропорциональности; Мк - удельная материалоемкость.

Во второй главе: шк - масса клубня, кг; е - коэффициент пропорциональности; а, Ь,с - размеры клубня, м; /Ав=с - длина дуги, м; г = гк- конечное значение радиус-вектора, м; г0 - начальное значение радиус-вектора, м; у/ - угол обхвата лезвия, рад; т - угол скольжения, рад;

5сектора ~ площадь, ограниченная радиусами г0 по впадинам зубьев и основанием зуба ш, м2; У

5зуба ~ площадь зуба с почвозацепом, м ; 2 - число зубьев на диске, шт; гд - радиус зубчатого диска, измеренный по вершинам зубьев, м; т - хорда окружности радиусом г0, являющаяся основанием зуба, м; ап - угол наклона рабочей кромки почвозацепа к высоте трапеции, град; рст, - плотность стали, кг/м3; Ьд, - толщина диска, м; у

80бщ~ площадь зубчатого диска, м ;

7/ - удельное воздействие диска на почвенный пласт, Н/м2;

- площадь почвозацепа, м2; ()'п ч. - вес подкапывающей части машины с зубчатыми дисками, Н; 4р. - длина режущей кромки, м; И3 - высота зуба, м; кп - ширина почвозацепа, м;

Т - число зубьев, находящихся на отрезке лезвия, погруженного в почву, шт; у - центральный угол для одного зуба, град;

Ра - радиус, координирующий точку А на диске, м; а^ - угол, координирующий точку А на диске, град;

V- поступательная скорость движения агрегата, м/с;

УА - скорость точки А диска, м/с; су - угловая скорость вращения диска, рад/с;

Р-сила трения, Н;

Мдис. - крутящий момент, создаваемый силой трения на поверхности диска, Н-м; Мпоч. - крутящий момент, создаваемый почвозацепами, Н-м; М0бщ. ~ общий крутящий момент, создаваемый диском и почвозацепами, Н-м; Кх.тр ~ тяговое сопротивление, создаваемое силой трения на поверхности диска, Н;

Кх.поч - тяговое сопротивление, создаваемое силой трения на поверхности почво-зацепа, Н;

Кх.общ - тяговое сопротивление, создаваемое силой трения на поверхности диска и почвозацепов, Н;

- суммарная площадь почвозацепов, м2;

2' К гд —- - плечо действия силы, м; 2 у

- удельная сила сопротивления (твердость) почвы, Н/м ; к' — коэффициент пропорциональности, зависящий от давления, пути трения, площади трения, твердости металла; /тр - коэффициент трения; р — удельное давление почвы (абразива), МПа;

2 *

- объемный вес эталонного образца, т/м ;

Нш — твердость эталонного образца, ГПа;

Лвзт. — износ эталонного образца эталонной почвой; см- относительный износ материала;

Я - глубина погружения лемеха в почву, м;

АУ- величина заглубления диска относительно лемеха; е - зазор между фланцем втулки и поверхностью поля, м;

- диаметр фланца втулки; *"тт - расчетный минимально допустимый радиус диска, м; Яме - средний (медианный) ресурс; t - периодичность заточек; 8ф - площадь, обработанная в ходе опыта, га; ¡¥ч - часовая производительность, га/ч.; и/- износ лезвия диска между заточками, мм;

Ыф - фактический радиальный износ зубчатого диска за время опыта, мм; 11 - периодичность заточек при работе на суглинистой почве, ч; 12- периодичность заточек при работе на супесчаной почве, ч; Мдв - крутящий момент создаваемый гидромотором, Н-м;

Мсопр - момент сопротивления почвы, Н-м. В третьей главе:

Ь0. Ьш, Ьт - коэффициенты регрессии при кодированных членах уравнения; х,, х2, х3 - кодированные члены уравнения регрессии;

Х- и X"- кодированные и натуральные значения 1-го фактора;

Х"0 - натуральное значение ¡-го фактора на нулевом уровне;

5i - натуральное значение интервала варьирования ¡-го фактора;

N - число опытов;

Ху - значение \ -го фактора в] -ом опыте; Хц - значение я -го фактора в] -ом опыте;

- абсолютное значение \ - го коэффициента регрессии; ' • ■■"

- значение критерия Стьюдента при выбранном уровне значимости; 0"е/ - квадратичная ошибка коэффициента регрессии; о] - дисперсия воспроизводимости; о] - дисперсия в] - ом опыте при " т" повторностях; У; - значение выходного параметра в] - ом опыте; ш - число повторностей в] - ом опыте;

- число независимых оценок дисперсий; {и - число степеней свободы каждой оценки;

У; - среднее значение параметра оптимизации в 3 - ом опыте при "ш" повторностях; у г - значение параметра оптимизации, вычисленное по уравнению регрессии для условий ] - го опыта; ц - число определяемых коэффициентов модели.

В четвёртой главе:

С - пройденный путь, м;

Т-время прохождения учетной делянки, с;

Гу —текущая трудоемкость ]-го обслуживания, чел-ч; п — число повторностей обслуживания;

7} —продолжительность]-го обслуживания, ч;

Щ — число работников, выполняющих данный вид обслуживания, чел;

1УЧ - теоретическая производительность картофелеуборочной машины за 1 час чистой работы в контрольную смену, га/ч;

Вр - ширина захвата машины, м;

Уя - рабочая скорость машины, км/ч;

Ттр I — продолжительность устранения 1-го отказа, ч;

N1 — число работников, необходимых для устранения 1-го отказа, чел;

Ьв — наработка в часах за время эксплуатации, ч; к0 - общее число отказов за период эксплуатации;

1/7 — наработка по площади за время эксплуатации, га; у дней ирв — удельный простой в ремонте в расчете на чистое время работы,-;

Тем — продолжительность рабочего дня, ч; г» У ^нем ирп —удельный простой в ремонте в расчете на убранную площадь,-; га

Ьво — средняя наработка на отказ в часах чистой работы, ч; Ьпо — средняя наработка на отказ в гектарах убранной площади, га; Тто - время на проведение операций ТО одной машины в год, ч; 1 ео ~ трудоемкость проведения одного обслуживания ЕО, чел-ч; о - количество обслуживающего персонала при проведении ЕО, чел; *то\ - трудоемкость проведения одного обслуживания ТО-1, чел-ч; Nш -количество обслуживающего персонала при проведении ТО-1, чел;

П 1т - периодичность проведения работ ТО-1; Т - коэффициент использования времени смены; Тр - чистое рабочее время смены; аэн - коэффициент эксплуатационной надёжности; ато - коэффициент технического обслуживания.

В пятой главе:

3], З2- приведенные затраты на единицу работы, производимой с помощью базового и нового вариантов, руб./га;

Вг- годовой объем, выполненный экспериментальной машиной, га;

Зжс - эксплуатационные затраты, руб./га;

Пп- нормативная прибыль от капитальных вложений, руб/га;

За - амортизационные отчисления, руб./га;

Б- балансовая стоимость машины, руб.;

На - норма амортизационных отчислений, %;

Тгод ~ годовая загрузка машины, ч; ч - часовая производительность, га/ч;

П- цена машины, руб.;

Ки - коэффициент, учитывающий издержки на доставку машины в хозяйство при покупке;

Вр - ширина захвата, м;

V- рабочая скорость, км/ч; тсм - коэффициент использования времени смены;

Тсм - время смены, ч;

Ттосм ~ время технического обслуживания, ч;

Тц - время простоя из-за технических неполадок, ч;

Т0- продолжительность остановок по технологическим причинам, ч;

Тх - время на повороты и холостые заезды, ч;

Зто ~ затраты на техническое обслуживание и ремонт, руб/га;

70- норматив затрат на техническое обслуживание и ремонт, руб/га;

Згсм - затраты на горюче-смазочные материалы, руб./га;

Нгсм~ норма расхода горюче-смазочных материалов, кг/ч;

Цгсм ~ комплексная цена 1 кг, руб.;

Нхр - норматив затрат на хранение одной машины, руб;

- площадь занимаемая картофелеуборочной машиной, м ;

2 2 Кхр - удельная стоимость 1 м машино-места, руб./м ;

Н°хр - норматив затрат на амортизацию и ремонт мест хранения, %;

30 - оплата труда механизаторов, руб./га;

Стар ~ тарифная ставка механизатора за выполняемую работу, руб./га;

Л - число обслуживающего персонала, чел;

Зр - оплата труда вспомогательных рабочих, руб/га;

Лр- число вспомогательных рабочих, чел;

Свс - тарифная ставка вспомогательных рабочих за выполняемую работу, руб/ч;

-нормативный коэффициент эффективности капиталовложений;

К-удельные капиталовложения, руб./га;

Уср - средняя урожайность, т/га; апов - коэффициент снижения повреждений картофеля;

Цр - разница закупочных цен продовольственного и поврежденного картофеля, руб./т; ап - коэффициент снижения потерь;

Цк - цена продовольственного картофеля, руб./т.

Введение

Картофель является одной из важнейших продовольственных и сырьевых культур. Его производством занимаются более 140 стран мира. В мировом производстве растительных продуктов, по валовому сбору, картофель занимает одно из ведущих мест, при этом на Российскую Федерацию приходится около 15. 17% общего объема, а по потреблению в расчете на одного человека (123 кг в 2005г.) наша страна находится на первом месте. По официальным данным министерства сельского хозяйства РФ в 2006 году в отечественных хозяйствах всех категорий данную культуру выращивали на площади 3 млн. га, валовой сбор составил 38,5 млн. т., при средней урожайности 128 ц/га. Для населения России картофель, наряду с хлебом, остается особо ценным продуктом питания.

Производство картофеля связано с большими энерго- и трудозатратами. При этом от 60 до 70% всех затрат приходится на заключительную стадию всего процесса — уборку урожая. Основная трудность заключается в том, что для сбора урожая картофеля необходимо поднимать значительный по объему и массе пласт почвы и выделять из него с минимальными потерями и повреждениями клубни, доля которых незначительна и составляет не более 2%. Поэтому качество работы картофелеуборочных машин в значительной степени зависит от процесса подкапывания, то есть от совершенства подкапывающих органов.

Стоит отметить, что трудозатраты на уборку картофеля составляют 45.70 % от общих трудозатрат. Их снижение возможно за счет применения новых технологий и сельскохозяйственной техники, отвечающей всем агротехническим требованиям, предъявляемым к уборочным машинам. Внедрение механизации позволяет сократить в 3-5 раз затраты труда на уборку картофеля, снизить на 30% потери урожая. Качественная уборка урожая зависит от конструкции и надёжности функционирования рабочих органов картофелеуборочных машин. Подкапывающие рабочие органы находятся в начале технологического процесса уборочной машины, и от них во многом зависит работа последующих рабочих органов.

В связи с этим и возникла потребность в осуществлении работ по совершенствованию, обоснованию параметров, режимов работы и надёжности дисковых элементов комбинированных подкапывающих рабочих органов, как наиболее перспективных.

Цель работы. Совершенствование подкапывающих рабочих органов картофелеуборочных машин, обоснование конструктивных параметров и режимов работы подкапывающих рабочих органов с дисковыми элементами, обеспечивающих высокоэффективные экономические и агротехнические показатели функционирования картофелеуборочных машин.

Народнохозяйственное значение результатов нашей работы состоит в совершенствовании технологического процесса уборки, повышении надежности за счёт выбора режимов и параметров дисковых элементов подкапывающих органов машин для уборки картофеля, снижающих затраты труда, повышающих качество и количество убираемого урожая, что в конечном итоге ведет к снижению себестоимости продукта.

Исследования были осуществлены в Рязанской государственной сельскохо зяйственной академии имени профессора П.А. Костычева в соответствии с планом НИР, а их результаты внедрены на полях хозяйств Рязанской области на площади 160 га.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. обоснование формы и основных параметров почвозацепов нового зубчатого диска подкапывающих рабочих органов;

2. теоретические зависимости тягового сопротивления и крутящего момента диска от его основных параметров и режимов работы;

3. результаты теоретических и лабораторных исследований работы диска;

4. результаты хозяйственных испытаний усовершенствованных картофелеуборочных машин и технико-экономическая оценка их применения.

Общие выводы и рекомендации

1. Из анализа технологического процесса установлено, что для повышения эффективности использования картофелекопателей, необходимо в подкапывающей части использовать вертикальные отрезные зубчатые диски с почвозацепами. Для более энергоемких уборочных машин и условий работы рациональным является применение зубчатых дисков с активным приводом.

2. Получены аналитические выражения для определения основных параметров дисковых элементов с почвозацепами. Результатами теоретических и экспериментальных исследований установлено, что для зубчатого дискового элемента с почвозацепами рациональной их формой является прямоугольная трапеция. Дисковый элемент должен иметь следующие параметры: высоту зуба и почвозацепа 0,1 м, число зубьев 10, ширину почвозацепа 0,011 м.

При поступательной скорости движения 3 км/ч частота вращения диска в активном режиме должна составлять 48,6 мин"1.

3. Установлено, что почвозацепы разработанного пассивного дискового элемента дают прибавку в крутящем моменте от 91,5 до 274,5 Н-м, надежно обеспечивая вращение диска без буксования и перерезание растительности и ботвы рабочей кромкой зубьев и почвозацепов.

4. Сравнительные испытания экспериментального картофелекопателя и серийного картофелекопателя КСТ-1,4А показали, что применение разработанных зубчатых дисков с почвозацепами дает положительные результаты: полнота уборки составляет 99,1% против 97,6%, уменьшение тягового сопротивления на 18%, улучшение крошения клубненосного пласта на 19%, увеличение чистоты сходящего вороха на 30,8%.

5. Часовая производительность и коэффициент использования времени смены для усовершенствованного картофелекопателя по сравнению с серийным повысились соответственно на 23% и 6%, вследствие чего удельные показатели надежности у новой машины улучшились.

6. Исследование износа разработанных зубчатых дисков за период исследования показал, что при отсутствии производственного брака срок эксплуатации дисков на суглинистой почве будет равен сроку эксплуатации картофелеуборочной машины 8 лет, для других условий эксплуатации необходимы меры по повышению износостойкости материала дисков.

7. Использование привода отрезающих дисковых элементов в подкапывающей части картофелеуборочного комбайна снижает тяговое сопротивление экспериментального подкапывающего рабочего органа на 15% в сравнении с базовым вариантом их работы, улучшает крошение клубненосного пласта на 11%, позволяет увеличить чистоту вороха в бункере на 16%.

8. Годовой экономический эффект от снижения эксплуатационных затрат составил 143,78 руб./га, суммарный годовой эффект на 1 га с учетом снижения потерь и повреждений составил 2143,58 руб/га. Граница экономической эффективности по цене экспериментального картофелекопателя с измененной подкапывающей частью в сравнении с базовым вариантом составляет 147978,92 рубля и превышает расчетную в 1,27 раза. Результаты исследований переданы в ООО «РКЗ-Комплект» и используются для создания новых картофелеуборочных машин.

9. Проведенные хозяйственные полевые испытания экспериментального картофелеуборочного комбайна на общей площади 63 га подтвердили адекватность полученных теоретических зависимостей и методики выбора рациональных параметров и режимов работы дисков. Годовой экономический эффект от снижения эксплуатационных затрат составил 579,35 руб./га, суммарный годовой эффект на 1 га с учетом снижения потерь и повреждений составил 2423 руб/га. Граница экономической эффективности по цене экспериментального картофелеуборочного комбайна с измененной подкапывающей частью в сравнении с базовым вариантом составляет 845006,56 рубля и превышает расчетную в 1,2 раза. Результаты исследований переданы в ООО «РКЗ-Комплект» и используются для создания новых картофелеуборочных машин.

1. Акимов А.П. Выбор оптимального режима работы рабочих органов-движителей. // Вопросы теории и эксплуатации машинотракторного парка. -Пермь, 1974, - с. 107. (Сб. научн. тр./ Пермский СХИ).

2. Албегов Х.К. Ленточно-гребневая технология возделывания и уборки картофеля. М.: Россельхозиздат, 1982. - 26 с.

3. Амеличев В.Т. О параметрах подкапывающей части картофелеуборочных машин. // Тракторы и сельхозмашины. 1972. - №5, - с. 24-25.

4. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. -М.: Машиностроение, 1982.-Т. 1.-736 с.

5. Бессарабов В.И., Герасимов С.А. Состояние и перспективы развития картофелеуборочных машин. М.: ВИМ, 1975. - Т.72, - с. 42 - 43. (Тр./ВИМ).

6. Бишоп К.Ф., Мондер У.Ф. механизация производства и хранения картофеля. -М.: Колос, 1983.-256 с.

7. Байбобоев Н.Г. Совершенствование и обоснование параметров опорно-копирующего устройства картофелеуборочного комбайна.: Дис;. . канд. техн. наук. М., 1985.- 162 с.

8. Ю.Борычев С.Н., Кирюшин И. Н., Теоретическое исследование зубчатого диска с почвозацепами // Сб. научн. тр. РГСХА, 2005, с. 144-146.

9. Борычев С.Н., Кирюшин И. Н., Обзор и классификация подкапывающих рабочих органов картофелеуборочных машин // Сб. научных работ. Брянск, 2006, с. 65-68.

10. Борычев С.Н., Кирюшин И.Н., Успенский И.А., Лабораторная установка для исследования зубчатого диска с почвозацепами картофелеуборочных машин // Сб. научных трудов профессорско-преподавательского состава РГСХА, 2006, с. 403-405.

11. Борычев С.Н., Переведенцев В.М., Успенский И.А. Классификация машинных агрегатов с рабочими органами-движителями. //Сб. научн. тр. РГСХА, 1998, -с. 161-162.

12. Босой Е.С., Верняев О.В. Теория, конструкция и расчет сельскохозяйственных машин. -М.: Машиностроение, 1978.-320 с.

13. Бочаров П.П., Пеничкин A.B. Теория вероятности. Математическая статистика-М., 1998.-326 с.

14. Бышов Н.В., Борычев С.Н., Дрожжин К.Н., Сорокин A.A., Успенский И.А. Принципы и методы расчета и проектирования рабочих органов картофелеуборочных машин Рязань, 2004. - 272с.

15. Васильев С. П., Ермолов Л. С. Об изнашивающей способности почв: //Повышение долговечности рабочих деталей почвообрабатывающих машин. —М.: 1960-с 130- 141.

16. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных-М., Колос, 1973- 190 с.

17. Верещагин Н.И., Пшеченков К.А., Герасимов B.C. Уборка картофеля в сложных условиях. М.: Колос, 1983. - 208 с.

18. Верняев О.В. Активные рабочие органы культиваторов. М.: Машиностроение, 1983.-80 с.

19. Воинов Б. А. Износостойкие сплавы и покрытия. М.: «Машиностроение»,-1980-294 с.

20. Воловик Е. Л., Герасимов Г. Г, Голубцова Д. С. и др. Восстановление деталей иремонт машин. Калуга: - 1975 — 280 с.

21. Гаркунов Д. Н. Триботехника (износ и безызносность): Учебник. — 4-е изд., пе-рераб. и доп. М.: «Изд-во МСХА», 2001. - 616 с.

22. Глаголев A.A., Солнцева Т.В. Курс высшей математики, изд. 2-е М., «Высшая школа», 1971, 656 с.

23. Гмурман В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике-М.: Высшая школа, 1979 -400 с.

24. Горячкин В.П. Собрание сочинений. Том 2. -М.: Колос, 1968. 173 с.

25. Горячкин В.П. Собрание сочинений. Том З.-М.: Колос, 1968.-384 с.

26. Горячкин В.П. Собрание сочинений. Том 4. М.: Колос, 1968. - 445 с.

27. ГОСТ 13377-75 Надежность в технике. Термины.- М.: Издательство стандарт. 1975.

28. ГОСТ 20794-75 Машины сельскохозяйственные. Правила технического обслуживания.- М.: Издательство стандарт. 1975.

29. Гудзенко И.П., Фирсов Н.В. Машины для возделывания и уборки картофеля. -М.: Машгиз, 1962.-270 с.

30. Доспехов Б.А. Методы полевого опыта. -М.: Колос, 1979.-416 с.

31. Доспехов Б.А. Планирование полевого опыта и статистическая обработка его данных. М: Колос, 1972. - 201 с.

32. Долгов И.А., Васильев Г.К. Математические методы в земледельческой механике-М.: Машиностроение, 1967.-225 с.

33. Икрамов У. А. Расчетные методы оценки абразивного износа. — М.: «Машиностроение», 1987-288 с.

34. Илларионов А.Н., Ямбалов A.M. Механизированная уборка картофеля в нечерноземной зоне. М.: Россельхозиздат, 1981. - 95 с.

35. Ильин В. К. Восстановление и упрочнение деталей картофелеуборочных комбайнов диффузионным насыщением с применением электромеханической обработки. Дис.канд. техн. наук. — М.: 1992 198 с.

36. Канарев Ф.М. Ротационные почвообрабатывающие машины и орудия. М.: Машиностроение, 1983. 142 с.

37. Каплун Г. П. Исследование влияния свойств почв на долговечность деталей рабочих органов почвообрабатывающих машин. — Минск: 1960.

38. Кардашевский C.B., Погорелый JI.B., Фудиман Г.М. Испытания сельскохозяйственной техники. -М.: Машиностроение, 1979.-288 е., ил.

39. Кирюшин И.Н. Лабораторная установка для исследования зубчатого диска, имеющего активный привод с инерционным механизмом.// Сб. научн. тр. РГСХА, 2005,-с. 94-95.

40. Кирюшин И.Н. Новый подкапывающий рабочий орган картофелеуборочной машины.// Мат-лы научн.-практ. конф. ИжГСХА, 2005- с. 97-102.

41. Кирюшин И. Н., Борычев С. Н., Теоретическое исследование зубчатого диска, имеющего активный привод с инерционным механизмом// Сб. научн. тр. РГСХА, 2005, с. 146-148.

42. Кирюшин И.Н., Борычев С.Н., Успенский И.А. Прямоугольная трапеция и круглая картошка // журнал «Сельский механизатор» №7,2007 с. 45.

43. Кленин Н.И., Сакун В.А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины-М.: Колос, 1980.-671 с.

44. Концепция машинно-технологического обеспечения растениеводства на период до 2010 года. -М.: ВИМ, 2003.

45. Костенко М.Ю. Разработка и исследование дисковых элементов подкапывающих рабочих органов картофелеуборочных машин.: Дис. . канд. техн. наук. -Рязань, 1994.-144 с.

46. Костецкий Б. И., Натансон М. Э., Бершадский JI. И. Механические процессы при граничном трении. М.: «Наука», 1972 - 170 с.

47. Крагельский И. В., Добычин М. Н., Комбалов В. С. Основы расчетов на трение и износ. М.: «Машиностроение», 1977 - 526 с.

48. Крутиков Н.П., Смирнов И.И., Щербаков К.Ф. Теория, конструкция и расчет сельскохозяйственных машин. М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1959. - Т.1. - 580 с.

49. Кушель В.Ю. О кинематике некоторых видов активных подкапывающих машин. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. Минск: Урожай, 1978.-Вып. 21,-с.48-55.

50. Летошнев М.Н. Сельскохозяйственные машины. М.: Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1955. - 764 с.

51. Лещанкин А.И. Проектирование ротационных почвообрабатывающих органов. -Саратов, 1989.- 129 с.

52. Липский Н.Ю., Голинский И.М. К обоснованию параметров активного лемеха картофелеуборочной машины. Минск, 1978. - Вып. 37, - с. 55 - 58. (Тр./Белорус. ГСХА).

53. Листопад Г.Е. . Сельскохозяйственные и мелиоративные машины М.: Агро-промиздат, 1986.—688 с.

54. Литвинов А.П. Обоснование параметров комбинированного подкапывающего органа картофелеуборочного комбайна. Челябинск, 1980. - Вып. 159, - с. 64 -71. (Тр./Челяб. ИМИЭСХ).

55. Литвинов А.П. Технологическое совершенствование параметров комбинированного подкапывающего органа картофелеуборочного комбайна для тяжелых почв.: Автореф. Дис. канд. техн. наук. Челябинск, 1985. - 180 с.

56. Лутхов H.H. Обоснование параметров и совершенствование дисковых рабочих органов картофелеуборочных машин.: Дис. . канд. техн. наук. М.,1990. -185 с.

57. Максимов Б.И., Баталов А.Н. К вопросу совершенствования подкапывающих рабочих органов картофелеуборочных машин. // Тракторы и сельхозмашины, 1972. №4, - с.29 - 30.

58. Марченко Н.М. Исследование и обоснование рациональной формы и параметров подкапывающих рабочих органов картофелеуборочных машин.: Дис. канд. техн. наук. M., 1962. - 158 с.

59. Мацепуро М.Е. Вопросы земледельческой механики. Минск: Государственное издательство БССР, 1959. - Т. 1. -385 с.

60. Мацепуро М.Е. Вопросы земледельческой механики. Минск: Государственное издательство БССР, 1959. - Т.2. - 402 с.

61. Мацепуро М.Е. Технологические основы механизации уборки картофеля. -Минск: АН БССР, 1959. 324 с.

62. Мацепуро М.Е. Вопросы земледельческой механики. Минск: Государственное издательство БССР, 1963. - Т.10. - 334 с.

63. Машиностроительная энциклопедия. М.: Машиностроение, 1998. - Т.4. - 16. -720 с.

64. Медведев В.И. Энергетика машинных агрегатов с рабочими органами-движителями.-Челябинск, 1972.-179 с.

65. Мюретти И. Механизм абразивного изнашивания.- проблемы трения и смазки, 1982, №1, с. 9-16.

66. Нартов П.С. Дисковые почвообрабатывающие орудия. Воронеж, 1972. - 134 с.

67. Настенко П.Н., Захаревич Д.С. Лемех корнеклубнеуборочной машины. A.C. №308699.-Б.И. №22.- 1971.

68. Настенко П.Н. Новые рабочие органы картофелеуборочных машин. Тракторы и сельхозмашины, 1977. - №8, с. 36 - 37.

69. Невинский В.А. Качественные и энергетические показатели работы подкапывающих рабочих органов картофелеуборочных машин. М., 1978. - Т. 80, с.88 - 93. (Тр./ВИМ).

70. Никулин И.В. Анализ и классификация подкапывающих рабочих органов картофелеуборочных машин. М.: МИИСП, 1980. - Т.17. - Вып.1, с. 40 - 43. (Тр./МИИСП)

71. Никулин И.В. Некоторые результаты лабораторных исследований подкапывающих рабочих органов картофелеуборочных машин. М.: МИИСП, 1981. -с. 51 - 55. (Тр./МИИСП).

72. Никулин И.В. Исследования комбинированных подкапывающих рабочих органов картофелеуборочных машин.: Дис. . канд. техн. наук. М., 1982. - 214 с.

73. OCT 70.8.5 74. Машины для уборки и сортировки картофеля. Программа и методы испытаний. - М.: Всесоюзное объединение Сельхозтехника Сов. Мин.СССР, 1975.-91 с.

74. Панов И.М. Анализ энергозатрат при обработке почвы ротационными рабочими органами // Исследования и разработка почвообрабатывающих и посевных машин: Сб. науч. тр./ВИСХОМ, М.,1985. -С. 90-114.

75. Панов И.М. Ротационные почвообрабатывающие машины и орудия. М., 1963.- 149 с.

76. Патент на полезную модель № 37905, RU, М. кл.2 А 01 Д 25/04. Выкапывающий рабочий орган картофелеуборочного комбайна / Кирюшин И. Н., Борычев С.Н., Успенский И. А., Переведенцев В.М. и др. Опубл. 20.05.2004 бюл. № 14.

77. Переведенцев В.М. Обоснование параметров и режимов работы дисковых элементов подкапывающих рабочих органов картофелеуборочных машин.: Дис. канд. техн. наук. Рязань, 2000. 146 с. . *

78. Пермякова А.Е. Исследования рабочих органов картофелеуборочных машин.: Дис. канд. техн. наук. с. Коренево, 1961. - 117 с.

79. Петров Г.Д. К расчету энергоемкости картофелеуборочных комбайнов. // Труды «Исследования и изыскания новых схем и конструкций рабочих органов сельскохозяйственных машин». Выпуск 16. М., 1980. - 130 с.

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

81. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисления М.: Наука, 1985-Т1.-432 с.

82. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисления.- М.: Наука, 1985.-Т2.-575 с.

83. Поляченко В.П., Серонов А.А. Исследования подкапывающих рабочих органов картофелеуборочных машин. М., 1952. - Т. 49, с. 30 - 32. Тр./ВИСХОМ).

84. Протокол 12-62-80. Кировская МИС. Государственные испытания картофелекопателя- погрузчика 4- рядного КСК 4/1.

85. Протокол 78-80. Львовская МИС. Государственные испытания картофелекопателя- погрузчика 4- рядного КСК -4Б.

86. Протокол 15-76-80. Литовская МИС. Государственные испытания картофелекопателя- погрузчика 4- рядного КСК 4/1.

87. Размыслович И.Р., Вергейчик Л.А. Статистические характеристики системы автоматического поддержания заданной глубины хода лемехов картофелеуборочного комбайна. // Тракторы и сельхозмашины, 1973. №7, с. 26 - 27.

88. Родин К.И. Изыскание и исследование подкапывающих рабочих органов картофелеуборочных машин для работы на торфяных почвах.: Дис. . канд. техн. наук. -Рязань, 1968. 165 с.

89. Родин К.И. К вопросу обоснования оптимальных параметров дисков картофелеуборочных машин. Горький 1970. - Вып. 20, с. 43 - 49. (Тр./ Горьк. СХИ).

90. Сафразбекян O.A., Педай Н.П. Методические рекомендации по уборке картофеля комбинированным и двухфазным способами. М.: ВИМ, 1974. - 43 с.

91. Сафразбекян O.A. Рекомендации по использованию техники на уборке картофеля. М.: Колос, 1975. - 16 с.

92. Севернев М.М., Каплун Г.П., Короткевич В.А. и др. Износ деталей сельскохозяйственных машин. Л.: «Колос», 1972. - 288 с.

93. Синеоков Г.Н. Дисковые рабочие органы почвообрабатывающих машин. -М.: Машгиз, 1949.-76 с.

94. Синеоков Г.Н. Движение в почве рабочих органов почвообрабатывающих орудий в начальный период работы. // Сельхозмашина, 1952. № 3, с. 5 - 10.

95. Синеоков Г.Н. Проектирование почвообрабатывающих машин. М.: Машиностроение, 1965. - 308 с.

96. Синеоков Г.Н., Панов И.М. Теория и расчет почвообрабатывающих машин. М.: Машиностроение, 1974. - 328 с.

97. Сорокин A.A. К расчету параметров колеблющегося (вибрационного) лемеха картофелеуборочных машин. М.: ВИСХОМ, 1961. - Вып. 30, с.21- 42. (Тр. / ВИСХОМ).

98. Сорокин A.A. Расчет параметров колебаний лемеха картофелеуборочных машин. // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства, 1963.- №4, с. 45-46.

99. Сорокин A.A. Колеблющийся лемех картофелеуборочной машины. // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства, 1968. -№11, с. 5-6.

100. Сорокин A.A. Определение параметров колебаний лемеха в зависимости от скорости картофелеуборочной машины. М.: ВИСХОМ, 1982. - с. 9 - 15.(Тр. /ВИСХОМ).

101. Сорокин A.A., Гасанов В.И. Оптимальный угол наклона лемеха картофелеуборочной машины. // Депонированная рукопись /Тракторы и сельхозмашины. 1984. №2.-6 с.

102. Сорокин A.A., Гасанов В.И. К расчету момента от сил трения на дисковых рабочих органах почвообрабатывающих сельхозмашин. // Библиограф, указатель ВИНИТИ «Депонированные научные работы». 1984. - №4. - 124 с.

103. Сорокин A.A., Байбобоев Н.Г., Юлдашев Н.М. Исследования взаимодействия копирующих катков картофелеуборочных комбайнов с почвой. // Тракторы и сельхозмашины, 1986. №7, с. 15-16.

104. Стрельбицкий В.Ф. Дисковые почвообрабатывающие машины. М.: Машиностроение, 1978.-215 с.

105. Тененбаум М. М. Сопротивление абразивному изнашиванию. — М.: «Машиностроение», 1980 — 783 с.

106. Ткачев В. Н. Методические рекомендации по исследованию износостойкости материалов рабочих органов почвообрабатывающих машин. —М.:«ВИМ», 1998-32 с.

107. Турбин Б.Г., Лурье А.Б. Сельскохозяйственные машины- Л.: Машиностроение, 1967.-583 с.

108. Угланов М.Б., Норчаев Р.Н. Качественные и энергетические показатели работы подкапывающих рабочих органов картофелеуборочных машин. // Механическая технология сельскохозяйственных работ. М.: МИИСП, 1983. - 47 -с. (Сб. научн. тр. / МИИСП).

109. Успенский И.А. Разработка и обоснование параметров подкапывающих рабочих органов машин для уборки картофеля.: Дис. . канд. техн. наук. Рязань, 1986.- 170 с.

110. Успенский И.А. Основы совершенствования тенологического процесса и снижения энергозатрат картофелеуборочных машин.: Дис. . доктора техн. наук. Рязань, 1997. - 396 с.

111. Фере Н.Э., Бубнов В.З., Еленев A.B., Пильщиков Л.М. Пособие по эксплуатации машинно-тракторного парка. М., Колос, 1978. - 256 с.

112. Хвостов В.А. Разработка машины для уборки овощных корнеплодов (на примере моркови). Авторефер. дис. докт. техн. наук. МЛ988. - 40 с.

113. Хвостов В.А., Рейнгарт Э.С. Машины для уборки корнеплодов и лука. М., 1995.-391 с.

114. Шпилько А.И., Драгайцев В.И., Тулапин П.Ф. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники-М.-ВНИИЭСХ, 1998.-219 с.

115. Яцук Е.П. Ротационные почвообрабатывающие машины. -- М.: Машиностроение, 1971.-256 с.

116. Aderman H.,Neef J. Energiespeicherung bei aktiv schwingenden Kartoffeldammaufnahmeelement. Agratechnik, 1981, Jg.31, H. 11, S. 505- 507.

117. Potato harvester with four- row lift output. Farmers Weekly, 1995. - 123 S. -№21.-P. 56.