автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование технологического процесса и средства интенсификации сепарации картофелеуборочных машин

На правах рукописи

Якутии Николай Николаевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И СРЕДСТВА ИНТЕНСИФИКАЦИИ СЕПАРАЦИИ КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНЫХ МАШИН

Специальность: 05.20.01 — Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

27 НОЯ 2014

Рязань-2014

005556080

005556080

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева» (ФГБОУ ВПО РГАТУ)

Научный руководитель: заслуженный работник высшей школы РФ,

доктор технических наук, профессор Бышов Николай Владимирович

Официальные оппоненты: Пшеченков Константин Александрович,

доктор технических наук, профессор, ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт картофельного хозяйства им. А.Г. Лорха», заведующий лабораторией оценки сортов на пригодность к переработке и хранению

Седашкин Александр Николаевич,

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева», профессор кафедры «Сельскохозяйственные машины»

Ведущая организация: ФГБНУ «Российский научно-исследовательский

институт информации технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению агропромышленного комплекса»

Защита состоится 24 декабря 2014 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.117.06 ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва» по адресу: 430904, г. Саранск, п. Ялга, ул. Российская, д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. М.М. Бахтина ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева» и на сайте http://mrsu.ru/ru/diss/diss.php7ELEMENT 1Р=31458.

Автореферат разослан 20 ноября 2014 г. и размещен на официальном сайте Минобрнауки РФ http://vak2.ed.gov.ru 22 октября 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Величко С.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Повышение эффективности производства картофеля относится к важнейшим направлениям развития сельского хозяйства нашей страны. Эта культура возделывается более чем в 130 странах. Площади посадок в мире увеличились за последние 20 лет почти на 20% и сейчас превышают 23 млн. га, с которых собирают около 320 млн. т картофеля ежегодно, при средней урожайности клубней около 14 т/га. В РФ под эту культуру отводят 2,14 млн. га, которые составляют порядка 9,3% от общемировых. В РФ при валовом урожае более 28 млн. т средняя урожайность составляет порядка 13 т/га.

В настоящее время наиболее ресурсозатратным технологическим процессом производства картофеля остается его уборка, на долю которой приходится около 75% всех трудозатрат и до 60% энергозатрат. При этой операции сепарирующие рабочие органы картофелеуборочных машин пропускают через себя на каждом гектаре около 1000 т клубненосного пласта, при этом из него необходимо выделить клубни, повредив их минимально. Поэтому производительность машин для уборки картофеля ограничивается в основном пропускной способностью сепарирующих рабочих органов.

Наиболее распространенными сепарирующими рабочими органами картофелеуборочных машин являются прутковые элеваторы. Однако они не во всех почвенно-климатических условиях обеспечивают необходимую полноту сепарации и достаточную производительность. Поэтому повышение эффективности работы пруткового элеватора картофелеуборочных машин является актуальной научно-технической задачей для сельскохозяйственного производства.

Степень разработанности темы. Вопросом повышения эффективности сепарации картофелеуборочных машин занимались Н.В. Бышов, С.Н. Борычев, Н.И. Верещагин, H.H. Колчин, М.Ю. Костенко, К.З. Кухмазов, Н.П. Ларюшин, Г.Д. Петров, К.А. Пшеченков, Г.К. Рембалович, В.И. Славкин, A.A. Сорокин, М.Б. Угланов, И.А. Успенский и др., а также ряд зарубежных исследователей: R. Peters, J. Winkelmann, P.C. Struik и др. Однако, существующее разнообразие сепарирующих рабочих органов далеко не исчерпало возможности совершенствования технологического процесса и технических средств для осуществления процесса разделения компонентов клубненосного вороха при машинной уборке картофеля.

Работа выполнена в соответствии с планом НИР ФБГОУ ВПО РГАТУ на 2011...2015 гг. по теме «Совершенствование технологических процессов, разработка и повышение надежности технических средств возделывания, уборки, транспортировки и хранения сельскохозяйственных культур в условиях

ЦФО РФ», номер гос. регистрации 01201174432, и согласуется с постановлениями правительства РФ №446 от 14.07.2007 - О государственной программе развития сельского хозяйства на 2008...2012 гг., №717 от 14.07.2012 - О государственной программе развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013...2020 гг.

Цель работы. Повышение эффективности технологического процесса картофелеуборочных машин путем разработки средства интенсификации сепарации.

Объект исследования. Средство интенсификации сепарации основного элеватора картофелеуборочных машин.

Предмет исследования. Теоретические и экспериментальные закономерности протекания технологического процесса сепарации клубненосного вороха в картофелеуборочных машинах.

Задачи исследования:

1. Проанализировать результаты научных исследований технологий, способов уборки картофеля и конструкций интенсификаторов сепарации основного элеватора картофелеуборочных машин и установить наиболее значимое направление исследований.

2. Разработать конструктивно-технологическую схему рабочего органа интенсификации сепарации и обосновать его параметры.

3. Уточнить режимы работы разработанного средства интенсификации сепарации при лабораторных исследованиях.

4. Оценить агротехнические показатели и экономическую эффективность работы картофелеуборочных машин с усовершенствованным технологическим процессом и средством интенсификации сепарации при хозяйственных испытаниях.

Научная новизна работы:

методика обоснования конструктивных и кинематических параметров разработанного средства интенсификации сепарации (патент РФ №132943);

математические зависимости, характеризующие взаимосвязь полноты выделения примесей и повреждений клубней от конструктивных и кинематических параметров разработанного средства интенсификации сепарации, а также от подачи клубненосного вороха.

Практическая значимость работы:

оригинальная конструктивно-технологическая схема

разработанного средства интенсификации сепарации (патент РФ №132943);

результаты агротехнических показателей работы картофелеуборочных машин с усовершенствованным технологическим

процессом и средством интенсификации сепарации;

результаты технико-экономической оценки работы картофелеуборочных машин с усовершенствованным технологическим процессом и средством интенсификации сепарации.

Методология и методы исследования. По оригинальным методикам, базой которых являются фундаментальные основы теоретической механики, сопротивления материалов, а также теории вероятности и математической статистики производились теоретические исследования. По плану многофакторного эксперимента 23 выполнялись лабораторные испытания. Обработка экспериментальных данных осуществлялась методом корреляционно-регрессионного анализа в соответствии с СТО АИСТ 1.17-2010, а также при помощи программ «БТАТКТЮА 6.0» и «МаШСАБ 15». Согласно ГОСТ 20915-2011, ГОСТ Р 54781-2011, ГОСТ Р 52778-2007, ГОСТ Р 547842011, а также СТО АИСТ 8.5-2010 производилась оценка объектов исследований при проведении лабораторных и полевых испытаний.

Положения, выносимые на защиту:

1. Конструктивно-технологическая схема средства интенсификации сепарации картофелеуборочных машин (патент РФ №132943).

2. Математические зависимости параметров первичной сепарации клубненосного вороха в картофелеуборочных машинах.

3. Математические зависимости, полученные на основе экспериментальных исследований разработанного средства интенсификации сепарации, характеризующие полноту выделения примесей и повреждения клубней в зависимости от подачи клубненосного вороха, расстояния от поверхности основного элеватора до приводного вала и частоты вращения приводного вала средства интенсификации сепарации.

4. Методика обоснования конструктивных и кинематических параметров разработанного средства интенсификации сепарации.

5. Результаты полевых испытаний серийных и усовершенствованных картофелеуборочных машин.

Реализация результатов исследования. На основании проведенных исследований изготовлены опытные образцы средства интенсификации сепарации, которыми оборудованы два картофелекопателя КТН-2В (в опытной агротехнологической станции ФГБОУ ВПО РГАТУ п. Стенькино Рязанского района Рязанской области и в СПК «Маяк» Ухоловского района Рязанской области), успешно прошедшие хозяйственные испытания в 2013 г. на общей площади 30 га.

Степень достоверности основных положений и выводов настоящей работы подтверждена сходимостью результатов теоретических и лабораторных исследований (расхождение менее 5%), а также положительными результатами

хозяйственных испытаний усовершенствованного картофелекопателя КТН-2В.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследования доложены и обсуждены на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО РГАТУ (2011...2014 гг.), Всероссийской научной конференции «Развитие инженерного образования в России и Выставки молодежных научно-исследовательских проектов» (г. Санкт-Петербург, 2012 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы получены 2 патента РФ на полезную модель. Основные положения диссертации опубликованы в 5 научных работах, в том числе 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации результатов диссертационных работ на соискание ученых степеней кандидата и доктора наук. Общий объем публикаций составил 1,21 п.л.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 119 наименований, 9 страниц приложений. Работа изложена на 123 страницах, включает 13 таблиц и 38 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель работы и ее практическая значимость. Приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Современное состояние технологий, способов уборки картофеля и органов первичной сепарации картофелеуборочных машин» проведен анализ состояния вопроса, определены задачи исследования.

Рассмотрены научные исследования органов первичной сепарации, и, в частности, наиболее распространенных из них — прутковых элеваторов. Проведённый анализ показал, что данные элеваторы не обеспечивают качественную сепарацию во всем диапазоне влажности почв, в частности, недостаточно эффективно отделяют почвенные примеси при повышенной влажности. Поэтому для расширения диапазона применения прутковых элеваторов необходимо совершенствовать их конструкцию.

Выявлено, что наиболее перспективным путем совершенствования и повышения эффективности работы пруткового элеватора картофелеуборочных машин в различных почвенно-климатических условиях является использование в их конструкции интенсификаторов с приводом для разрушения монолита клубненосного пласта и подготовки его к просеву.

Во второй главе «Теоретические исследования средства интенсификации сепарации картофелеуборочных машин» из работ H.H. Колчина, Г.Д. Петрова, A.A. Сорокина, М.Б. Угланова выявлена неравномерность расположения клубненосного вороха по ширине основного

элеватора. Не вся почва успевает отсепарироваться, и на последующие рабочие органы поступает ворох с большим количеством почвенных примесей. Это необходимо принимать во внимание при совершенствовании конструктивно-технологической схемы основного элеватора. По результатам анализа конструкций интенсификаторов сепарации основного элеватора, предложена конструктивно-технологическая схема устройства (рисунок 1), содержащая лемех 1, прутковый элеватор 2 и расположенное над ними средство интенсификации сепарации, выполненное в виде барабанов 3, установленных на едином валу 4. По цилиндрической поверхности барабанов 3 размещены лопасти 5, выполненные из прорезиненного материала (патент РФ №132943).

1 - лемех; 2 - прутковый элеватор; 3 - барабан средства интенсификации сепарации;

4 - приводной вал средства интенсификации сепарации; 5 - лопасть.

Рисунок 1 - Конструктивно-технологическая схема устройства интенсификации сепарации картофелеуборочных машин (патент РФ №132943)

Усовершенствованный технологический процесс, осуществляемый картофелеуборочной машиной, оснащенной разработанным устройством осуществляется следующим образом. При движении машины по картофельным грядкам лемех 1 подкапывает массу и перемещает ее на прутковый элеватор 2. В зоне перемещения клубненосного пласта с лемеха 1 на элеватор 2 масса подвергается воздействию средства интенсификации сепарации. Лопасти 5

взаимодействуют с пластом, при этом происходит его разрушение, разрыхление, разравнивание и сравнительно равномерное распределение по ширине полотна элеватора 2. Также предотвращается сгруживание клубненосного пласта в зоне между лемехом 1 и элеватором 2, что встречается часто в практике уборки картофеля в тяжелых условиях.

При теоретическом обосновании параметров разработанного средства интенсификации сепарации были приняты следующие допущения: срез гребня грядки имеет форму косинусоиды; клубненосный ворох имеет однородную структуру во всех точках; компоненты клубненосного вороха движутся вместе с рабочей поверхностью пруткового элеватора без качения, без скольжения; уборочный агрегат движется с постоянной скоростью; барабаны вращаются равномерно; предельно-допустимая скорость соударения клубня с обрезиненной поверхностью рабочего органа составляет 3 м/с и др.

Для повышения равномерности расположения клубненосного вороха по ширине элеватора рассмотрим сечение двух смежных грядок картофеля в виде косинусоиды (рисунок 2).

У с/т /1 / ! ** 700

в Та ч т клцВнеЬое гнездо х, 1 \2/с к / •> ! \ / / : - . \

\ 0: \ / Ы ьл \ .А / * / ЧТ:7>' \ ! /

ч

350 350

ОВ = А - амплитуда косинусоиды, мм; й - высота зоны рыхления гребня, мм; СО = 2х0 - ширина зоны рыхления гребня, мм; Л - максимальная глубина залегания клубней, мм; ВЕ - ширина междурядий, мм. Рисунок 2 - Схема к определению ширины зоны рыхления гребня

Уравнение косинусоиды запишем в виде:

у = А ■ соз(к -х). (1)

Рыхление верхнего слоя гребня происходит на высоте й. Ширина зоны рыхления соответствует отрезку СО, тогда

А ■ соб( к -х0) = А-й. (2)

Откуда

х0 =^агссо5(1 -£). (3)

Производим расчет по формуле (3) (таблица 1) и строим зависимость хо = /№ (рисунок 3).

Таблица 1 - Результаты расчета для определения ширины зоны рыхления гребня

Высота зоны рыхления гребня с1, мм Амплитуда гребня Л, мм

120 110 100 90 80

10 91,4 95,5 100,2 105,8 112,3

20 130,2 136,1 143,0 151,0 160,6

30 160,6 168,1 176,8 186,9 199,0

40 186,9 195,8 206,1 218,2 232,7

50 210,7 220,9 232,7 246,7 263,6

60 232,7 244,2 257,6 273,5 292,9

70 253,6 266,4 281,4 299,3 321,2

Рисунок 3 — График зависимости ширины зоны рыхления гребня от ее высоты

Для обеспечения нормальной работы разработанного средства интенсификации сепарации должно выполняться условие:

01 < <2ск, (4)

где 01 - количество почвы по высоте гребня, кг/м3; - количество почвы в зоне рыхления гребня, кг/м3.

01 = р--дэ-ьэ- К- (5)

0кс = р ■ ^к ■ К ■ к. (б)

Тогда скорость, приобретаемая ворохом после взаимодействия с лопастью средства интенсификации сепарации, равна:

По лабораторным и полевым исследованиям принимаем высоту гребня ОБ = 110 мм, а высоту зоны рыхления й = 50 мм. Тогда из рисунка 3 ширина зоны рыхления равна 220 мм.

По результатам полевых испытаний принимаем рабочую скорость агрегата т9агр — 2,7км/ч = 0,75м/с.

С учетом результатов теоретических исследований скорость элеватора должна быть:

1?э = 1,2 • т9агр = 0,9 м/с.

Тогда скорость взаимодействия клубненосного пласта с лопастью составляет дк = 1,7 м/с, что соответствует частоте вращения приводного вала средства интенсификации сепарации п = 197,3 мин-1.

Предельно-допустимая скорость соударения клубня с обрезиненной поверхностью рабочего органа составляет 3 м/с. Полученное значение скорости рабочего элемента гораздо меньше, следовательно, при взаимодействии клубней с лопастью средства интенсификации сепарации исключаются их повреждения выше агротехнических требований.

Рассмотрим относительное движение частицы, расположенной на лопасти средства интенсификации сепарации (рисунок 4) и определим относительную скорость ее движения дг.

почвы по рабочей поверхности лопасти устройства интенсификации

Запишем дифференциальное уравнение относительного движения частицы в векторной форме.

т-аг = '$%=1Рк+Фв + Фс, (8)

где 2fe=i Fk ~ геометрическая сумма всех сил, действующих на частицу, включая реакцию опор;

Фе — сила инерции переносного движения частицы;

Фс — сила инерции Кориолиса;

аг - ускорение относительного движения частицы.

После преобразования выражения (8) получено значение тЭг:

дг - R ■ (sin а--Г—-~) ■ ше, (9)

eos/? е v '

где R - радиус переносного движения частицы, м;

а - угол наклона лопастей барабана к оси его вращения, f - коэффициент трения скольжения вороха по лопасти; /? - угол между силой нормального давления и касательной составляющей ускорения частицы,

ше - угловая скорость относительного движения, с". Определим абсолютную скорость движения частицы почвы по лопасти средства интенсификации сепарации.

Для определения абсолютной скорости частицы применим теорему о сложении скоростей.

0а 0°) где т9г - относительная скорость частицы; де - переносная скорость частицы.

Сложив векторы i9r и я9е, получим вектор абсолютной скорости 19а:

da = R-o)e- [(sin а--^-т)2 + 1 + 2 ■ (sin а--) ■ cos у, (11)

а "V cos/г cos/?

где у - угол между векторами относительной и переносной скорости частицы,

Для обеспечения требуемой производительности и исключения сгруживания клубненосного вороха обоснуем высоту установки приводного вала рабочего органа над поверхностью пруткового элеватора. Рассмотрим движение точки М конца барабана средства интенсификации сепарации радиусом г, относительно пласта почвы высотой h¡, поступающего на элеватор, при условии, что вал средства интенсификации сепарации расположен на

Рисунок 5 - Схема к определению высоты установки приводного вала средства интенсификации сепарации

За некоторый промежуток времени картофелекопатель продвинется вперед со скоростью на расстояние С0С = т9к ■ Ь. Точка М0 конца барабана

средства интенсификации сепарации, вращающегося с постоянной угловой скоростью ые за время t перейдет в положение М, повернувшись на угол 8 = со ■ t. Определим координаты точки М.

(Хм = С0С + СМ ■ cos 8 - С0С + СМ • cos(w • t) IYM = OC0 — CM - sin J = OC0 - CM • sinO • t) ' ^ '

Учитывая, что C0C — dK-t и OC0 — H = r + b, получим уравнения движения точки в координатной форме:

(Хм = А' t + г ■ cos(<ue • t)

(.Ум =r + b-r-sin(we-t)' ^ ;

Полученные уравнения представляют собой уравнения движения точки М, расположенной на барабане средства интенсификации сепарации картофелекопателя.

Продифференцировав данные уравнения и произведя преобразования, получаем выражение для определения высоты установки приводного вала над

поверхностью пруткового элеватора:

Я = (14)

где hx - толщина пласта, м;

/?! - радиус крайней нижней точки лопасти, м;

i9K - скорость картофелекопателя, м/с;

i33 - скорость элеватора, м/с;

т?а - окружная скорость средства интенсификации сепарации, м/с. Для расчета числа секций (количества лопастей) разработанного средства интенсификации сепарации применим формулу из теории расчета рабочих органов швыряльного механизма для подкапывания картофеля:

D=^Е, (15)

где D - диаметр колеса, м;

z - число секций, шт.;

Ъ - ширина секции, м;

т?окр - окружная скорость секции, м/с;

т9м - скорость машины, м/с.

Выразим параметр z:

Ь-^сжр

Принимаем количество лопастей разработанного средства интенсификации сепарации z = 9.

В результате расчетов получили: скорость соударения клубней с лопастями 1,7 м/с, частота вращения приводного вала 197,3 об/мин, высота установки приводного вала над поверхностью пруткового элеватора 0,3 м, число лопастей 9.

В третьей главе «Лабораторные исследования средства интенсификации сепарации картофелеуборочных машин» представлены программа, методика и результаты лабораторных исследований эффективности работы пруткового элеватора со средством интенсификации сепарации. Была принята следующая программа исследований:

1. Исследование агротехнических показателей серийного элеваторного полотна при повышенной влажности почвы (24...27 %).

2. Проведение многофакторного эксперимента на элеваторном полотне со средством интенсификации сепарации при повышенной влажности почвы (24... 27%).

3. Уточнение частоты вращения приводного вала разработанного средства интенсификации сепарации.

4. Обработка результатов исследований и их оценка по полноте выделения почвенных примесей и повреждениям клубней.

Исследования проводились на лабораторной установке (рисунок 6), в соответствии с общеизвестной методикой.

Для определения параметров и кинематических режимов работы средства интенсификации сепарации, был проведен эксперимент по плану 23, который состоял из двух этапов. Сначала исследовались основные агротехнические показатели серийного элеваторного полотна, такие как полнота выделения примесей и повреждения клубней.

При исследовании элеватора со средством интенсификации сепарации переменными факторами были: — подача клубненосного вороха, кг/с; х2 — расстояние между поверхностью основного элеватора и приводным валом средства интенсификации сепарации, м; х3 - частота вращения приводного вала средства интенсификации сепарации, мин"1. Уровни и интервалы варьирования факторов представлены в таблице 2.

Таблица 2 — Уровни и интервалы варьирования факторов при исследовании разработанного средства интенсификации сепарации_

№ Факторы Единицы измерения Основной уровень Интервал варьирования Верхний уровень Нижний уровень

Натуральное значение Кодированное значение Натуральное значение Натуральное значение Кодированное значение Натуральное значение Кодированное значение

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 XI кг/с 90 0 20 110 +1 70 -1

2 Х2 м 0,25 0 0,05 0,30 +1 0,20 -1

3 Хз мин"1 190 0 20 210 +1 170 -1

б)

а) - схема; б) - общий вид; 1 - подающий транспортер; 2 - средство интенсификации сепарации; 3 - приводной вал средства интенсификации сепарации; 4 - основной прутковый элеватор; 5 - дополнительный прутковый элеватор; 6 - сужающая гребенка; 7 - емкость для сбора и взвешивания почвенных примесей; 8 - емкость для сбора и взвешивания клубней и растительных примесей; 9 - электродвигатель; 10 - цепной привод вращения вала редуктора;

11 - редуктор

Рисунок 6 - Лабораторная установка для исследования средства интенсификации сепарации

Полнота сепарации, % Повреждения клубней, %

Серийный рабочий Усовершенствованный серийный рабочий Усовершенствованный

орган рабочий орган орган рабочий орган

Рисунок 7 - Результаты сравнительной оценки агротехнических показателей серийного и усовершенствованного рабочего органа (средние значения показателей)

Результаты сравнительной оценки агротехнических показателей серийного и усовершенствованного рабочего органа (рисунок 7) доказывают, что использование средства интенсификации сепарации повышает полноту выделения примесей на прутковом элеваторе картофелеуборочных машин.

По результатам лабораторных исследований получены математические зависимости, характеризующие полноту выделения примесей и повреждения клубней в зависимости от параметров разработанного устройства и величины подачи клубненосного вороха.

Полнота сепарации почвенных примесей:

ус = 83,14 - 3,26*! - 0,98х2 + 4,64*3 + \,Ыхххг + 1,61х1х3 -— 1,6Вх1х2х3. (16)

Повреждения клубней:

у„ = 1,96 + 0,31*! - 0,35*2 + 0,52*з + Ъ,\1ххх2 + 0,34^*3 --0,06х2х3. (17)

По результатам анализа уравнений регрессии выявлено, что частота вращения приводного вала разработанного средства интенсификации сепарации должна находиться в диапазоне 192...202 об/мин, при этом расхождение значений с результатами теоретических исследований не превышает 2,7%.

В четвертой главе «Полевые исследования средства интенсификации сепарации картофелеуборочных машин» представлена программа, методика и результаты хозяйственных испытаний эффективности работы картофелекопателя КТН-2В с усовершенствованным технологическим процессом и средством интенсификации сепарации.

Исследования проводились в соответствии с СТО АИСТ 8.5-2010 на полях Рязанской области в период массовой уборки картофеля в 2013 г.

Программа полевых исследований включала в себя уточнение размерно-массовых характеристик клубней картофеля ряда сортов, а также хозяйственные испытания серийного и усовершенствованного картофелекопателя КТН-2В (рисунок 9), оснащенного разработанным средством интенсификации сепарации.

При проведении исследований определялись:

- количество, степень повреждения клубней;

- потери клубней.

В качестве объектов исследований были приняты: серийный и усовершенствованный картофелекопатель КТН-2В. Испытания проходили на полях со средней урожайностью 16,5 т/га.

Сравнительные испытания проводились в течение всего уборочного сезона 2013 г. через каждые 5 дней. Результаты испытаний были обработаны и сведены в таблицу 3.

а) - конструктивно-технологическая схема; б) — общий вид; 1 - лемех; 2 - средство интенсификации сепарации (патент РФ №132943); 3 - основной сепарирующий элеватор; 4 - дополнительный сепарирующий элеватор;

5 - сужающая гребенка Рисунок 9 - Усовершенствованный картофелекопатель КТН-2В

По результатам хозяйственных испытаний установлено (таблица 3), что применение разработанного средства интенсификации сепарации в конструкции картофелекопателя КТН-2В повышает количество извлеченных на поверхность клубней на 3,1%, за счет снижения потерь клубней, присыпанных почвой, однако наблюдается незначительное повышение повреждений клубней на 0,34%, что находится в пределах агротехнических требований. Также снижаются потери времени на технологические остановки уборочного агрегата по причине сгруживания клубненосного вороха в приемной части машины на 8...12%.

Таблица 3 — Характеристика участка и результаты полевых испытаний серийного и усовершенствованного картофелекопателя КТН-2В

Наименование данных Картофелекопатель КТН-2В

Серийный | Усовершенствованный

1. Сроки проведения испытаний сентябрь - октябрь 2013 г.

2. Сорт картофеля «Ред Скарлетт»

3. Биологическая урожайность клубней, т/га 16,5

4. Состояние ботвы полуподсохшая

5. Высота гребня, см 22

6. Густота насаждения растений, тыс. шт./га 39,9

7. Максимальная глубина залегания клубня, см 18

8. Ширина междурядья, см 70

9. Тип почвы и ее механический состав темно-серая лесная и средний суглинок

10. Влажность почвы, % 24,3... 27,4

11. Твердость почвы, МПа 0,42

12. Засоренность участка сорняками, т/га 1,7

13. Температура воздуха, °С 12

14. Температура почвы на глубине залегания клубней, °С 8

15. Предшествующая обработка удаление ботвы (машина КИР-1,5Б)

16. Рабочая скорость агрегата, км/ч 2,5 2,7

17. Качество выполнения технологического процесса, %: 17.1. Количество клубней на поверхности 17.2. Оставлено в почве 17.3. Присыпано почвой 17.4. Всего потерь 92,0 0,8 7,2 8,0 95,1 0,8 4,1 4,9

18. Повреждения клубней, всего по массе, %: 18.1. Содрана кожура от 1/4 до 1/2 поверхности клубня 18.2. Содрана кожура более 1/2 поверхности клубня 18.3. Вырывы мякоти глубиной более 5 мм 18.4. Трещины длиной более 20 мм 18.5. Раздавленные клубни 18.6. Резаные клубни 18.7. Потемнение мякоти от удара глубиной более 5 мм 4,08 0,56 1,24 0,3 0,2 1,78 4,42 0,69 1,31 0,33 0,2 1,89

Исходя из полученных значений агротехнических показателей, подтверждена необходимость распределения клубненосного вороха равномерным слоем по ширине пруткового элеватора с целью уменьшения потерь клубней и повышения производительности картофелеуборочных машин.

В пятой главе «Технико-экономическая оценка применения средства интенсификации сепарации картофелеуборочных машин» изложена методика и результаты определения технико-экономической эффективности применения усовершенствованного картофелекопателя КТН-2В.

В результате выявлено, что суммарный экономический эффект от применения картофелекопателя КТН-2В с усовершенствованным технологическим процессом и средством интенсификации сепарации составляет 3828,66 руб. в расчете на 1 га.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В результате анализа выявлено, что наиболее перспективным путем совершенствования и повышения эффективности работы пруткового элеватора картофелеуборочных машин является использование в их конструкции интенсификаторов с приводом для разрушения монолита клубненосного пласта и подготовки его к просеву.

2. Разработана оригинальная конструктивно-технологическая схема средства интенсификации сепарации активного типа (патент РФ №132943) из двух лопастных барабанов, установленных на едином валу, с параметрами: диаметр барабана с учетом обрезиненных лопастей 0,28 м, длина лопасти 0,125 м, высота лопасти 0,045 м, угол раствора лопастей 120°, зазор между крайней нижней точкой лопасти и поверхностью пруткового элеватора 0,16 м, число лопастей 9.

3. Установлены рациональные режимы работы средства интенсификации сепарации (патент РФ №132943): скорость соударения клубней с лопастями 1,7 м/с, частота вращения приводного вала принимается в диапазоне 192... 199 об/мин, при этом расхождение значений с результатами теоретических исследований (п = 197,3 об/мин) не превышает 2,7%.

4. В результате полевых испытаний картофелекопателя КТН-2В с усовершенствованным технологическим процессом и средством интенсификации сепарации (патент РФ №132943) на почвах повышенной влажности установлено снижение потерь времени на технологические остановки уборочного агрегата по причине сгруживания клубненосного вороха в приемной части машины на 8... 12%, что, в свою очередь, приводит к увеличению производительности в среднем на 18% с 0,28 до 0,33 -га/ч. При этом экономический эффект составляет 3828,66 руб./га.

Основные положения диссертации опубликованы:

в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Бышов Н.В. Усовершенствованный картофелекопатель-валкоукладчик ККС-1,4 / Н.В. Бышов, Ю.В. Якунин, H.H. Якутии // Сельский механизатор. - 2012. - № 9. - С. 11.

2. Бышов Н.В. Совершенствование сепарации клубнесодержащего

вороха на различных этапах технологии уборки / Н.В. Бышов, Ю.В. Якунин, H.H. Якутии // Вестник РГАТУ. - 2013. - № 1. - С. 49-52.

3. Якутии H.H. Оригинальное средство интенсификации сепарации / H.H. Якутии, Н.В. Бышов // Сельский механизатор. - 2014. - № 7. - С. 14-15.

4. Якутии H.H. Результаты экспериментальных исследований процесса машинной уборки картофеля усовершенствованным копателем КТН-2В / Якутии H.H., Бышов Н.В., Рембалович Г.К., Доронкин Ю.В. // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2014. - №05(099). - С. 10521061. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2014/05/pdf/72.pdf.

в других изданиях:

5. Бышов Н.В. Реализация инновационных научно-исследовательских разработок в условиях агропромышленного комплекса Рязанской области / Бышов Н.В., Якунин Ю.В., Якутии H.H. // Сборник материалов Всероссийской научной конференции «Развитие инженерного образования в России и Выставки молодежных научно-исследовательских проектов». Санкт-Петербургский образовательный форум - 2012, 28 марта - 1 апреля 2012 г. / Под общей редакцией Коропченко A.A. - М.: РТВ-Медиа, ООО, 2012. - С. 100101.

патенты:

6. Пат. 132943 РФ, МПК51 А 01 D 21/00 Картофелеуборочная машина [Текст] / Бышов Н.В., Якунин Ю.В., Якутии H.H. (RU); заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО РГАТУ. -№ 2012156047/13; заявл. 24.12.2012; опубл. 10.10.2013, бюл. №28. -2 е.: ил.

7. Пат. 116006 РФ, МПК51 А 01 D 17/00 Сепарирующее устройство корнеклубнеуборочной машины [Текст] / Бышов Н.В., Якунин Ю.В., Якутии H.H. (RU); заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО РГАТУ. - № 2011153633/13; заявл. 27.12.2011; опубл. 20.05.2012, бюл. №14. - 2 е.: ил.

Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печать лазерная Усл. печ. л.1 Тираж 100 экз. Заказ № 1167 подписано в печать 20.10.2014 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А.Костычева» 390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1 Отпечатано в издательстве учебной литературы и учебно-методических пособий ФГБОУ ВПО РГАТУ 390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1