автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование технологического процесса калибрования клубней картофеля

ВВЕДЕНИЕ.

1. Обзор конструкций, характеристика, классификация и состояние исследований машин для калибровки клубней картофеля.

1.1 Обзор конструкций машин и рабочих органов с различными типами калибрующих поверхностей.

1.1.1 Картофелесортировалъные машины с отверстиями щелевого типа калибрующей поверхности.

1.1.2 Картофелесортировалъные машины с замкнутым контуром калибрующих отверстий.

1.2 Классификация картофелесортировальных машин.

1.3 Пути совершенствования картофелесортировальных машин.

1.4 Цель и задачи исследования.

2. Физико-механические свойства клубней картофеля.

2.1 Состояние вопроса и задачи исследования.

2.2 Общая методика исследований и обработки экспериментальных данных.

2.3 Результаты исследований.

2.3.1 Характеристика фракционного состава вороха клубней.

2.3.2 Взаимосвязь размеров по главным осям и массы клубня.

2.3.3 Взаимосвязь размеров клубней. Определение коэффициента, характеризующего отношение толщины к ширине.

2.3 .4 Обоснование формы и размеров калибрующих отверстий.

2.3.5 Выводы по разделу.

3. Теоретическое исследование работы грохотной картофелесор-тировальной машины с калибрующими отверстиями удлиненной шестиугольной формы.

3.1 Состояние исследований.

3.2 Теоретическое исследование формы клубней картофеля.

3.3 Процесс взаимодействия клубней картофеля с калибрующими отверстиями удлиненной шестиугольной формы.

3.4 Выводы по разделу.

4. Лабораторные исследования грохотной картофелесортировальной машины с калибрующими отверстиями удлиненной шестиугольной формы.

4.1 Лабораторная установка.

4.2 Методика исследования и обработки экспериментальных данных.

4.3 Результаты исследований.

4.3.1 Влияние амплитуды и частоты колебаний решёт на точность калибрования.

4.3.2 Влияние угла наклона калибрующей поверхности на точность калибрования.

4.3.3 Влияние длины калибрующей поверхности на точность.

4.3.4 Влияние угла наклона шатуна на точность калибрования.

4.3.5 Влияние подачи на точность калибрования.

4.3.6 Зависимость энергозатрат на калибровку клубней от производительности калибровщика.

4.4 Выводы по разделу.

5. Производственная проверка и экономическая эффективность использования грохотной картофелесортировальной машины.

5.1 Условия проведения испытаний.

5.2 Результаты испытаний.

5.3 Расчет стоимости машины.

5.4 Прямые эксплуатационные затраты.

5.4.1 Заработная плата обслуживающего персонала.

5.4.2 Амортизационные отчисления.

5.4.3 Затраты на ТО и ремонт.

5.4.4 Расходы на электроэнергию.

5.5 Годовая экономия прямых эксплуатационных затрат.

5.6 Срок окупаемости.

5.7 Выводы по разделу.

Для нормальной жизнедеятельности одному человеку в год в среднем необходимо примерно 135 кг плодов, овощных, бахчевых культур и 160 кг картофеля [1].

До настоящего времени среди ученых нет единого мнения на счет происхождения картофеля. Одни считают, что картофель привезен из Перу, другие утверждают, что он ведет свою родословную из Чили. Однако нет сомнения, что родина картофеля - Южная Америка, где он известен с незапамятных времен.

В тоже время, достоверно известно, что первыми открыли картофель для Европы испанцы, обнаружившие в Южной Америке "мучнистые корни хорошего вкуса.". Искали золото, - нашли картофель, совершив тем самым великое ботаническое открытие.

Точных сведений о появлении картофеля в России нет [2], но его связывают с петровской эпохой. Вообще картофелеводство в России имеет 2 этапа: введение картофеля в культуру и начало его массового возделывания (до 1840-х годов), и переход картофеля из огородной культуры в полевую, становление картофелеводства как отрасли сельского хозяйства (1850-е годы - начало 20 века).

Долгое время в Европе и России был известен и возделывался лишь один вид культурного картофеля, но учение академика Н.И.Вавилова о центрах происхождения культурных растений заставило предположить, что в Латинской Америке должен существовать огромный природный селекционный клад. Так в 1925 году экспедицией, которую возглавляли ботаники -картофелеводы Букасов С.М. и Юзепчук C.B., было открыто 60 диких и 20 культурных видов картофеля. Позже начались работы по селекции картофеля, расширились зоны его возделывания, сформировались зоны развитого картофелеводства [3].

Сегодня картофель возделывают в 130 странах мира на площади около 20 млн. гектар и ежегодно собирают 300 млн. т клубней [4]. Около 52% производимого в мире картофеля употребляется на питание, 34 - на корм животным, 10 - на семена и 4% - на технические цели. Из картофеля можно приготовить около 700 кулинарных блюд. Его клубни в зависимости от сорта содержат 15-35% сухого вещества, в т.ч.-17-19% крахмала, 1-2% белка, около 1% минеральных солей. По калорийности картофель превосходит томаты в 2, капусту в 3 и морковь в 4 раза. При переработке 1 т клубней крахмалистостью 17% можно в среднем получить 170 кг крахмала или соответственно 80 кг глюкозы, 65 кг гидрола, 170 кг патоки, 160 кг декстрина, 110 л спирта.

Однако в последнее время отрасль картофелеводства, как и весь аграрный комплекс России, переживает трудные времена. Тяжелое экономическое положение, уменьшение площадей, занятых картофелем, высокая трудоемкость при возделывании, сказались на снижении валового сбора этой культуры. Поэтому главным направлением на пути повышения производства картофеля [5], является широкое внедрение современных технологий и средств механизации.

В любой современной технологии производства картофеля, большое значение уделяется подготовке посадочного материала [6]. Эта операция включает в себя ряд агрономических, биохимических и механических работ. Одним из наиболее важных видов работ является калибровка посадочного материала на размерно-массовые фракции. Чем точнее будет произведено деление на фракции, т.е. разброс размеров внутри фракции минимален, тем качественнее будет отрегулирована посадочная машина, а это в свою очередь отразится на качестве посадки клубней. При правильном размещении клубней картофеля на поле, каждый из них будет иметь достаточную площадь питания, что приведет к увеличению урожайности. 8

Но на сегодняшний день, выпускаемые нашей промышленностью и закупаемые за рубежом картофелесортировальные машины в полной мере не удовлетворяют всем агротехническим требованиям на калибровку клубней картофеля.

Все это свидетельствует о том, что разработка высокопроизводительных машин с высокой точностью калибрования и низкими энергозатратами, является важной народнохозяйственной задачей.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Наиболее перспективными картофелесортировальными машинами являются грохотные машины с калибрующей поверхностью в виде плоских решёт. Данные сортировки имеют высокую точность калибрования и производительность.

2. Исследование физико-механических свойств сортов картофеля имеющих удлиненно-овальную форму клубней позволило обосновать форму калибрующих отверстий в виде удлиненного шестиугольника и определить их геометрические параметры.

3. Теоретическими исследованиями:

- получены математические модели поверхностей клубней удлиненной и округлой формы, позволяющие определить координаты любой точки поверхности;

- получены уравнения скоростей перемещения клубней картофеля при различных амплитудах колебаний решёт, с помощью которых численными методами определены изменения скоростей при углах поворота кривошипа приводного механизма от 0 до % и от тс до 2л, а также определены средние скорости перемещения клубней (при А=25 мм - 0,09 м/с, при А=30мм-0,11 м/с);

4. В результате лабораторных исследований выявлены параметры и режимы работы экспериментальной картофелесортировальной машины грохотного типа с калибрующими отверстиями удлиненной шестиугольной

100 формы, при которых достигается точность калибрования по машине в целом (1=94%:

- подача 20 т/ч;

- угловая частота колебаний ш=24,7 с"1;

- амплитуда колебаний решёт А=29мм;

- угол наклона решёт (3=7°;

- угол наклона шатуна 8=6°;

- длина калибрующей поверхности Ь=2,0м.

5. Производственная проверка экспериментальной картофеле-сортировальной машины показала её работоспособность, высокую производительность и точность калибрования при удельном расходе электроэнергии 0,11 кВт ч/т.

6. Применение опытного образца картофелесортировальной машины ведёт к снижению прямых эксплуатационных затрат на 56,5%, а их годовая экономия составляет 13860 рублей при сроке окупаемости машины 2,08 года.

1. Петров Г.Ф., Магомедова В.В. Комплексная механизация в овощеводстве и картофелеводстве. М.: Знание, 1990. - 64с.

2. Малашевич Е.К., Знак Е.К., Малашевич Т.И., Ракицкая Н.П. Энциклопедический справочник по биологии, возделыванию, хранению и использованию картофеля в кулинарии. Минск: "Беларуская Энцыклапедыя".

3. Картофель. Под редакцией профессора Дорожкина. Минск: "Урожай", 1972.-448с.

4. Технология производства картофеля. Научно-исследовательский институт картофельного хозяйства. Вып.19. М.: 1974 225с.

5. Пшеченков К.А., Концепция развития технологий и средств механизации производства картофеля. Техника в сельском хозяйстве, 1998, №4. -С. 16.20.

6. Карманов С.Н. и др. Урожай и качество картофеля. М.: Рос-сельхозиздат, 1988. - 164с.

7. Варламов Г.П., Четвертаков A.B. Механизация уборки и товарной обработки фруктов. М.: Колос, 1984. - 284с.

8. Глухов А.П. Интенсивные технологии производства картофеля. -Картофель и овощи, 1994, № 4. С.2. 3.

9. Орлова Л.В., Виноградов О.Г., Мимоткин В.А. Внедрение высокоэффективных технологий производства картофеля. Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1997, № 4. - С.32. 36.

10. Живчиков Н.М., Моргунов А.Т. Технология и организация возделывания овощных культур и картофеля. М.: Высшая школа, 1968. - 306с.

11. Specht A. Beschädigungen an der Kartoffel vermeiden. 1990. № 1078. Herfusgegeben vom Auswertungs - und Informationsdienst für Ernährung, Landwirtshaft und Forsten (АШ).

12. Справочник по контролю качества картофеля, плодов и овощей. М.: Колос, 1972.-288с.

13. Селекция и семеноводство картофеля. Научные труды. Вып. 21. М.: 1975. -204с.

14. Интенсивная технология производства картофеля. Сб. М.: Московский рабочий, 1987. - 160с.

15. Поздняков А.Н. Урожайность качество картофеля и биоэнергетическая эффективность в зависимости от сорта и агротехнических приемов в условиях среднего Поволжья. Автореферат дис.канд. техн. наук. Саратов, 1998.-22с.

16. Верещагин Н.И., Зубков В.В. Эффективная система машин при возделывании картофеля. Земледелие, 1997, № 2. - С.42.

17. Скворцов Н.П. Влияние размера посадочных клубней и густоты посадки на урожай и качество картофеля./ Приемы повышения урожая и качества клубней картофеля // Сб. научных трудов Горьковского СХИ / Горький, 1986. С.26. 29.

18. Колчин H.H., Трусов В.П. Машины для сортирования и послеуборочной обработки картофеля. М.: Машиностроение, 1966. 248с.

19. Камендровский A.A., Белоусов А.Н., Ямчук A.B. Сортирование семенного картофеля по удельной массе. Информационный листок № 112-88. Костромской ЦНТИ, 1988. - 4с.

20. Neumann F. Sortiermaschinenangebot Kartoffelbau. 1988. 39, 3:92-95.

21. Комаристов B.E., Автухов И.В., Дунай Н.Ф., Храпач Е.И. Сельскохозяйственные машины и орудия. М.: Колос, 1964. - 476с.

22. A.c. 1409344 (СССР). Рабочий орган машины для сортирования плодов.

23. Авт. Изобрет. A.A. Ариничев, H.H. Колчин, В.М. Фурлетов, В.М. Мосин и Э.С. Рейнгарт. Заявл. 20.01.86, № 4015473/30-13; Опубл. в Б.И. 1988, №26.

24. Дуйсекенов К.М., Щурихин В.К. Новая картофелесортировка. -Картофель и овощи, 1990, № 10. С.14.15.

25. Пат. 2054237, Россия, МКИ А 01 Д 17/14. Машины для сортировки картофеля. /Ивановский Б.В., Свечников Л.Г., Гордеев О.В., Никитин Е.В. Заявл. 24.5.93, № 93027390/13;0публ. 20.2.96. Бюл. № 5.

26. А.с. 1178348 (СССР). Устройство для сортирования. / Авт. Изобрет. Н.Н. Колчин, В.П. Ключников, Ю.И. Кириенко, Ю.В. Холомин, В.П. Армашов, В.В. Бочаров и А.С. Алексеев. Заявл. 15.03.82, № 3428468/30-15; Опубл. в Б.И. 1985, № 34.

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

28. Комаристов В.Е., Дунай Н.Ф. Сельскохозяйственные машины. М.: Колос, 1971.-512с.

29. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин. Под ред. М.И. Клецкина, 2-е изд. доп. и перераб. В 4-х томах. М.: Машиностроение, 1969. Т.З. -743с.

30. Петров Г.Д. Техника для уборки картофеля в США. Тракторы и сельхозмашины, 1962, № 2.

31. А.с. 2550106 (Франция). Systeme de calibrage de tubercules par roulement dans un cylindre horizontal tournant, a enveloppe, a grilles helicoidales. /Авт. Изобрет. I. Gourmelon. Заявл. 2.08.83, № 8312842, опубл. 8.02.85. МКИ В 07 В 13.04.

32. Spies Е., Heusser I. Kartoffeln sortieren.- Vergleichstest von Flachsiebsortiermaschinen. Prakt. Landtechn, 1985, № 38. - C.419.424.

33. Волосевич П. H. Совершенствование технологического процесса калибрования клубней картофеля. Дис. канд. тех. наук. Саратов, 1998.- 133с.

34. Сорокин A.A. О решетах грохотной картофелесортировки и режимах их работы. Труды ВИСХОМ, ЦБТИ тракторного и сельскохозяйственного машиностроения. Вып.22. М.: 1959.

35. Миркина E.H. Обоснование технологического процесса калибрования клубней картофеля на решетных поверхностях сортировальных машин. Дис. канд. тех. наук. Саратов, 2001. - 142с.

36. Замотаев А., Старовойтов В. Автоматизация сортировки картофеля. -Международный с/х журнал, 1986, № 3. С.49. 52.

37. Горячкин В.П. О сортировании картофеля. /Собрание сочинений в трех томах. Том 3./ М.: Колос, 1965. - С.190.202.

38. Сорокин A.A. Обоснование и расчет величин зазоров сепарирующих рабочих органов машин для уборки и сортирования картофеля. /В кн. "Некоторые вопросы проектирования и расчета сельскохозяйственных машин". /ВИСХОМ. Вып. 6. М.: Машгиз, 1956.

39. Шабуров Н.В. Калибрование клубней картофеля. Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1987, №11.- С.ЗЗ.35.

40. Каламин А.И. Машины для сортирования картофеля. М.: Машгиз, !961. - 84с.

41. Чаус В.М. Физико-механические свойства картофеля. /Теория, конструкция и производство сельскохозяйственных машин. /Под ред.акад. В.П. Горячкина. Т.2. М., Л.: Сельхозгиз, 1936. - С.298.301.

42. Методика изучения физико-механических свойств сельскохозяйственных растений. -М.: ВИСХОМ, ОНТИ, 1960. 272с.

43. Руководство по апробации овощных культур и кормовых корнеплодов. /Под ред. Д.Д. Брежнева/ М.: Колос, 1982. - 415с.

44. Анисимов Б.В. Характеристика сортов картофеля включенных в Госреестр с 1996. Картофель и овощи, 1997, № 1. - С.2. .4.

45. Зайцева Н.Д. Лучшие сорта картофеля. М.: Колос, 1975. - 107с.

46. ГОСТ 240226-80. Исследовательские испытания. Планирование эксперимента. Термины и определения. М.: Издательство стандартов, 1980.-19с.

47. Вознесенский B.JI. Первичная обработка экспериментальных данных. -Л.: Наука, 1969.-83с.

48. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. М.: Колос, 1965. - 135с.

49. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. /3-е изд. Доп./ М.: Колос, 1980. - 168с.

50. Гришин В.К. Статистические методы анализа и планирования экспериментов. -М.: изд. МГУ, 1975. 128с.

51. Справочник по теории вероятностей и математической статистике. /Королюк B.C., Скороходов A.B., Турбин А.Ф./ М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985. - 610с.

52. Ивашёв-Мусатов О.С. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1979.-256с.

53. Румшинский Л.З. Элементы теории вероятностей. М.: Государственное издательство физико-матаматической литературы, 1963.

54. Гнеденко Б.В., Хинчин А.Я. Элементврное введение в теорию вероятностей. М., Л.: ГИТТА, 1950. - 144с.

55. Блох Л.С. Основные графические методы обработки опытных данных. М.: Машгиз, 1951. - 163с.

56. ГОСТ 6014 86 Разделение клубней картофеля на фракции при производстве плодоовощных консервов. - М,: Издательство стандартов, 1986.

57. Горячкин В.П. О сортировании картофеля. / Собрание сочинений в семи томах. Том 5. / М.: СЕЛЬХОЗГИЗ, 1940. - С.147. .159.

58. Джонсон H., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы обработки данных. М.: Мир, 1980. - 610с.

59. Мельников C.B., Алёшкин В.Г., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследовании сельскохозяйственных процессов. / 2-е изд. доп. и перераб. / JL: Колос, 1980. - 168с.

60. Волосевич П.Н. Совершенствование технологического процесса калибрования клубней картофеля. Автореферат дис.канд. тех. наук. Саратов, 1998. - 20с.

61. Миркина E.H. Обоснование технологического процесса калибрования клубней картофеля на решётных поверхностях сортировальных машин. -Автореферат дис. канд. тех. наук. Саратов, 2001. 21с.

62. Большая Советская Энциклопедия. / В 30 томах. Том 7. Издание 3 / -М.: Советская энциклопедия, 1972. С.355.356.

63. Машины для дробления и сортировки материалов. Справочник. М.: -Л.: 1966.

64. Андреев С.Е., Зверевич В.В., Перов В.А. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. 2-е изд. М.: 1966.

65. Гончаревич И.Ф., Земсков В.Д., Корешков В.И. Вибрационные грохоты и конвейеры. М.: 1960.

66. Молявко А.Р. Зарубежные конструкции механических грохотов. (Обзор).-М.: 1963.

67. Горячкин В.П. Собрание сочинений. Том 2. М.: СЕЛЬХОЗГИЗ, 1937. - С.194.208

68. Летошнев М.Н. Сельскохозяйственные машины /Теория, расчет, проектирование и испытание / М.: - Л.: СЕЛЬХОЗГИЗ, 1955

69. Берг Б.А. Движение материальной точки по колеблющейся наклонной плоскости с трением. /Теория, конструкция и производство сельскохозяйственных машин // Под редакцией профессора В.П. Горячкина. / Том 1, М.: - Л.: СЕЛЬХОЗГИЗ, 1935. - С.503.504

70. Терсков Г.Д. Движение тела по наклонной плоскости с продольными колебаниями. / Теория, конструкция и производство сельскохозяйственных машин // Под редакцией профессора В.П. Горячкина. / Том 3, М.: - Л.: СЕЛЬХОЗГИЗ, 1935.

71. Терсков Г.Д. Расчет зерноуборочных машин. М.: Машиностроение, 1961. = 215с.

72. Заика П.М. Вибрационные зерноочистительные машины. М.: Машиностроение, 1967. - 142с.

73. Василенко П.М. Теория движения частицы по шероховатым поверхностям сельскохозяйственных машин. Киев: УАСХ, 1960. -280с.

74. Петров Г.Д., Диденко Н.Ф. Исследование рабочего процесса качающегося грохота. Труды ВИСХОМ, выпуск 58, 1969.1. С. 154 „.224.

75. Сорокин А.А. Исследование движения частицы, свободно лежащей на колеблющейся плоскости применительно к обоснованию грохота картофелеуборочной машины и его кинематических параметров. -Труды ВИСХОМ, выпуск 46, 1965. С.18.36.

76. Технологии, машины и оборудование для возделывания, уборки, хранения и переработки картофеля. Каталог-справочник. М.: Информагротех, 1994. - 96с.

77. ГОСТ 7176-85. Картофель свежий продовольственный, Издательство стандартов, 1985.

78. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М.: Наука, 1964.- 870с.

79. Гутер P.C., Овчинский Б.В. Элементы численного анализа и матаматической обработки результатов опыта. М.: Физмашгиз, 1962.- 326с.

80. ОамарскийА.А., Гулин A.B. Численные методы / Учебное пособие для ВУЗов / М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1989. - 432с.

81. Яблонский A.A. Курс теоретической механики. М.: Высшая школа, 1977.-531с.

82. Бутенин Н.В., Лунц А.Я., Меркин Д.Р. Курс теоретической механики. В двух томах. / Том 1. Статика и кинематика // 4-е издание исправленное./ М.: Наука. Гл. редакция физико-математической литературы, 1985. -240с.

83. Шенк X. Теория инженерного эксперимента. М.: Мир, 1980. - 610с.

84. Зайдель А.Н. Элементарные оценки ошибок измерений // 3-е издание исправленное и дополненное. Л.: Наука, 1968. - 96с.

85. Кардашевский C.B., Погорелый Л.В., Фудиман Г.М. и др. Испытания сельскохозяйственной техники. М.: Машиностроение, 1979. - 288с.

86. Математическая теория планирования эксперимента. / Под ред С.М. Ермакова / М.: Наука, 1983. - 400с.

87. Колчин Н.Н Комплекты машин и оборудования для послеуборочной обработки картофеля и овощей. М.: Машиностроение, 1982. - 266с.

88. Колчин H.H., Кириенко Ю.И., Евсеев В.Ф. Расчет зазоров картофелесортировок и точность сортирования клубней. М.: Механизация и электрификация № 3,1977. - 64с.109

89. Кузнецов А.Е., Роганова Т.Н., Везубчева Т.И. Энергетический анализ технологий возделывания картофеля // Тракторы и сельскохозяйственные машины№7,1996.-С.18.20

90. Березин В.В. Экономика производства картофеля. М.: Колос, 1975. -136с.

91. Антошкович B.C. Экономическое обоснование эффективности новых сельхозмашин. Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1991, № 5. - С.13-16.

92. Нормы амортизационных отчислений и сроки службы основных фондов в народном хозяйстве. М.: Экономика, 1987