автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование технологии и механизации возделывания и уборки картофеля

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ТЩЦЕНЦИИ ЕЕ

1.1 Современное состояние технологии и системы машин для возделывания и уборки картофеля

1.2 Влияние уплотнения почвы машинно-тракторными агрегатами на ее свойства, режимы и урожай

1.3 Методы уменьшения уплотняющего воздействия ходовых аппаратов тракторов и сельскохозяйственных машин на почву

1.4 Постановка проблемы и задачи исследований

ГЛАВА П. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И МЕТОДЫ РШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ

2.1 Системный анализ технологических процессов возделывания и уборки картофеля

2.2 Методы совершенствования системы машин при возделывании и уборке картофеля

2.3 Методы проведения научных исследований

ГЛАВА Ш. "ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАШЮ

ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ МАИ ДЛЯ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ И УБОРКИ КАРТОФЕЛЯ

3.1 Оптимизация эксплуатационных параметров машинно-тракторных агрегатов для возделывания картофеля

3.2 Обоснование параметров и режимов работы ботво-удаляющего ротационного рабочего органа копирующего профиль гребней НО

3.3 Обоснование параметров и режимов работы комбинированного дискового подкапывающего органа картофелеуборочного комбайна

3.4 Определение частоты колебаний секционного подкапывающего лемеха картофелеуборочного комбайна

3.5 Определение параметров и режимов работы ротационного сепаратора картофелеуборочных машин

3.6 Обоснование параметров эластичного покрытия сепарирующих органов картофелеуборочного комбайна

ГЛАВА 1У. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЕ МАШИН ДЛЯ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ И УБОРКИ КАРТОФЕЛЯ

4.1 Обоснование способа предпосадочной подготовки почвы

4.2 Качественные и энергетические показатели работы картофелепосадочных машин

4.2.1 Влияние уплотнения почвы движителями картофелепосадочных агрегатов на ее плодородие и урожай картофеля

4.3 Качественные и энергетические показатели работы машин в период ухода за посадками картофеля

4.4 Качественные и эксплуатационно-технологические показатели ботвоудаляющего рабочего органа трос-сового типа

4.5 Исследование качественных показателей работы комбинированного дискового подкапывающего органа картофелеуборочного комбайна

4.6 Определение режимов работы секционного лемеха и сепарирующих рабочих органов с пенополиуретановым по!фытием картофелеуборочного комбайна

4.7 Исследование качественных показателей ротационного сепарирующего рабочего органа картофелеуборочных машин

4.8 Качественные показатели картофелеуборочного комбайна в зависимости от параметров и режимов работы

4.9 Определение параметров и режимов работы фрикционных сепараторов (отделителей)

ГЛАВА У. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ЩЕНКА ТЕХНОЛОГИЙ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ И

УБОРКИ КАРТОФЕЛЯ

5.1 Комплексная оценка эффективности функционирования технических рредств при возделывании картофеля

5.2 Топливно-энергетическая оценка эффективности функционирования технических средств при возделывании и уборке картофеля

5.3 Технико-экономическая оценка технологии возделывания и уборки картофеля

ГЛАВА У1. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РЕКОМЕНД/ЕМОЙ ТЕХНОЛОГИИ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ И УБОРКИ КАРТОФЕЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ШИРОКОЗАХВАТНЫХ АГРЕГАТОВ, РАБОТАЮЩИХ ПО ПОСТОЯННОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ КОЛЕЕ

ОБЩИЕ вывода И РЕКОМЕНДАЦИИ

Актуальность теш. В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986-1990 гг. и на период до 2000 года" поставлена задача дальнейшего увеличения производства продукции сельского хозяйства, в том числе картофеля. Среднегодовой валовой сбор его в двенадцатой пятилетке намечено довести до 90.92 млн т Г I ].

Продовольственная программа СССР предусматривает крупные меры по улучшению снабжения населения плодоовощной продукцией и картофелем за счет дальнейшего увеличения производства и повышения их качества, а также резкого сокращения потерь продукции на пути ее следования от поля до потребителя Г 2 7. Выполнение поставленных задач во многом зависит от совершенствования технологии и технических средств, используемых при возделывании и уборке картофеля /" 3 ].

Исследования по изучению соответствия системы машин современной технологии производства картофеля показали, что значительная их часть не отвечает предъявленным требованиям. Для них характерны низкое качество выполнения технологических процессов, высокие потери и большие механические повреждения клубней, особенно при возделывании картофеля на почвах с тяжелым механическим составом. Основной причиной высоких затрат труда на производство единицы продукции являются низкая урожайность и значительная доля ручного труда при подготовке семенного материала, уборке и послеуборочной доработке картофеля. Следовательно, дальнейшие разработка и совершенствование технологии производства картофеля должны предусматривать как улучшение условий роста и развития растений, так и полную ее механизацию и частичную автоматизацию.

Технология механизированного сельскохозяйственного производства должна стать основой для создания и применения новой сельскохозяйственной техники и дальнейшего повышения ее эффективности /"4/.

Картофель предъявляет высокие требования к структуре пахотного слоя, он сильнее других культур нуждается в рыхлой, структурной, хорошо аэрируемой почве [Ь]. Основное требование для нормального развития клубневого куста - это своевременно и глубоко взрыхленная почва, чистая от сорняков, содержащая необходимое количество питательных веществ, тепла и влаги.

Применяемая технология и система машин для возделывания и уборки картофеля не создают благоприятных почвенных условий для роста и развития растений и повышения урожайности. За период вегетации картофеля поле подвергается 10.12-кратному воздействию ходовых аппаратов тракторов. В результате этого, почва, основное назначение которой - обеспечить оптимальные условия для накопления урожая, превращается в уплотненную, что снижает урожайность на 20.38$, при существующей технологии полезная площадь для роста и развития растений составляет 43$, остальная подвержена интенсивному технологическому воздействию ходовых аппаратов тракторов, разрушающих структуру почвы. Кроме того, при такой технологии возделывания картофеля не создаются условия для качественной механизированной уборки урожая. Применяемые рабочие органы при междурядных обработках и окучивании посадок картофеля на суглинистых почвах не обеспечивав ют интенсивного ее крошения, что приводит к образованию почвенных комков. В результате затрудняется применение комбайнов на уборке картофеля, усложняется послеуборочная доработка клубней.

Картофелеуборочные машины, выпускаемые промышленностью, могут работать только на песчаных, супесчаных и средних по механическому составу почвах. На почвах же с тяжелым механическим составом чистота клубней в таре не превышает 54,б.73,8$, а повреждения клубней составляют 18,7.25,4%.

Стремление к повышению производительности и снижению затрат при возделывании и уборке картофеля связано со значительным уплотнением почвы движителями тракторов и сельскохозяйственных машин при их большой металлоемкости, что в конечном итоге резко снижает урожай картофеля.

Поэтому разработка новых технологических процессов и технических средств для возделывания картофеля, выбор и обоснование параметров машин и их рабочих органов, направленных на снижение уплотнения почвы, уменьшение числа проходов, повышение урожайности и сокращение затрат труда, является актуальной проблемой, имеющей большое научное и практическое значение в сельскохозяйственном производстве.

Работа выполнена согласно координационному плану ВСХ СССР и ВАСХНИЛ по заданию 16.08 и отраслевой программе Челябинского АПК 108 ГК СМ СССР по науке и технике, по плану научно-исследовательских работ ЧИМЭСХ по теме УП "Совершенствование технологических процессов по возделыванию и уборке сельскохозяйственных культур".

Цель работы. На новом этапе технического перевооружения земледелия производство выдвигает перед сельскохозяйственной наукой задачу - усовершенствовать технологию и механизацию возделывания и уборки картофеля с использованием широкозахватных агрегатов, работающих по постоянной технологической колее, с целью снижения уплотнения почвы движителями МТА, повышения качественных и технико-экономических показателей технологических процессов.

Объект исследования. В качестве объекта исследования взяты механизированные технологические процессы возделывания и уборки картофеля, выполняемые модернизированными МТА, которые работают по постоянной технологической колее. При этом особое внимание было уделено технологическим процессам предпосадочной обработки почвы, нарезки гребней с локальным внесением минеральных удобрений, посадки, междурядных обработок, окучивания, предуборочного удаления ботвы и уборки картофеля.

Методика исследования. Общий методический подход к исследованиям базируется прежде всего на научной методологии марксистско-ленинского учения о закономерностях и особенностях развития механизированного производства, на материалах ХХУП съезда КПСС, ноябрьского (1982 г.) и последующих Пленумов ЦК КПСС, а также на других решениях партии и правительства по развитию сельскохозяйственного производства. Методологической основой исследования являлись системный подход к решению поставленных задач, который заключался в анализе технологии возделывания картофеля, машинно-тракторных агрегатов и параметров рабочих органов машин, а также методы оптимизации, квалиметрии, экономико-математического моделирования, скоростной съемки, методы активного планирования экспериментов и др.

Научная новизна. Научная новизна положений, изложенных в работе, заключается в том, что: впервые исследован процесс возделывания картофеля с применением перспективной технологии осуществляемой по постоянной технологической колее оптимальными широкозахватными агрегатами по всему технологическому циклу; определены параметры и режимы работы рабочих органов машин, обеспечивающих повышение качества технологических процессов возделывания и уборки картофеля; определены основные закономерности процесса перемещения клубней картофеля по рабочим поверхностям сепарирующих органов картофелеуборочных машин; установлена закономерность предела прочности клубня на разрушение, и на этой основе определена толщина эластичного покрытия сепарирующих органов картофелеуборочных машин, обеспечивающих снижение травмирования клубней; разработана новая модель дифференциального ротационно-пруткового сепаратора картофелеуборочного комбайна, определены его параметры и режимы работы.

Научная новизна и достоверность результатов работы подтверждена авторскими свидетельствами, результатами лабораторных и полевых исследований. На защиту выносятся следующие основные положения:

- Технология возделывания картофеля с применением широкозахватных агрегатов, работающих по постоянной технологической колее;

- Оптимизация эксплуатационных параметров машинно-тракторных агрегатов на посадке картофеля;

- Результаты исследования рабочих органов машин, применяемых при уходе за посадками картофеля;

- Определение параметров и режимов работы рабочих органов машин по удалению ботвы картофеля;

- определение параметров и режимов работы подкапывающих,сепарирующих и разделяющих рабочих органов картофелеуборочных машин;

- определение параметров эластичного покрытия сепарирующих органов картофелеуборочных машин;

- методики оценки эффективности функционирования системы машин при возделывании и уборке картофеля.

Практическая ценность. Предложенные конструктивные решения позволяют целенаправленно совершенствовать систему машин и сокращать энергозатраты на возделывании и уборке картофеля.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований получили практическую реализацию в совершенствовании технологии возделывания и уборки картофеля и комплекса машин, включая комбинированный культиватор для локально-ленточного внесения •минеральных удобрений и нарезки гребней, широкозахватные картофелепосадочные агрегаты, агрегаты для ухода за посадками с ротационными рабочими органами, позволяющими расширить диапазон применения картофелеуборочных комбайнов на почвах с тяжелым механическим составом.

Апробация. Результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на научных и научно-технических конференциях ЧИМЭСХ (1970-1989 гг.), региональной научно-производственной конференции СибИМЭ (1983, 1985 гг.), заседании коллегии управления сельского хозяйства Челябинского облисполкома (1987 г.), заседании научно-технического совета Госагропрома РСФСР (1987 г.), на научно-практических конференциях Агаповского, Красноармейского, Сосновского, Чебаркульского районов Челябинской области (1978-1988 гг.), Кустанайской (1981 г.), Оренбургской (1986 г.), Свердловской (1980 г.) областей, на ежегодных областных семинарах специалистов сельского хозяйства (1971/1988 гг.), на научно техническом совете областного управления сельского хозяйства Челябинской области (1980 г.) и научно-техническом совете агропромышленного комитета Челябинской области (1986 г.).

Результаты исследований используются в учебном процессе при изучении дисциплины "Технологические процессы в сельскохозяйственном производстве" в ЧИМЭСХ.

Публикация результатов исследований. По теме диссертации . опубликовано 98 печатных работ, в том числе семь авторских свидетельств.

Объем работы. Работа изложена на 449 стр. и включает 91 табл., 134 рис., 270 стр. машинописного текста. Основной текст включает введение, б глав, общие выводы и рекомендации производству, список использованной литературы из 340 источников, в том числе 14 иностранных.

ВЫВОДЫ

Возделывание картофеля с использованием широкозахватных агрегатов, работающих по постоянной технологической колее, позволили выявить, что комплексный показатель качества выполнения технологических операций рекомендуемыми машинами и их рабочими органами составляет 0,96. .0,^*3, а при обычной технологии и системе машин, применяемой в хозяйствах, он не превышает 0,80. 0,8Ь.

Эффективность технологии с использованием широкозахватных агрегатов, работающих с гусеничными тракторами на возделывании и уборке картофеля, составила 1,19 в то же время как серийной не превышает 0,61.0,75.

Применение широкозахватных агрегатов на основных технологических операциях возделывания картофеля по предлагаемой технологии повышает производительность МТА на 40-45%, снижает расход топлива на 18.20%, затраты труда на один гектар снижаются на 42,

ГЛАВА б. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РЕКОМЕНДУЕМОЙ ТЕХНОЛОГИИ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ И УБОРКИ КАРТОФЕЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЯМ ШИРОКОЗАХВАТНЫХ АГРЕГАТОВ, РАБОТАЮЩИХ ПО ПОСТОЯННОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ КОЛЕЕ

Проведенные теоретические, лабораторно-полевые и хозяйственные испытания позволили разработать новые рабочие органы к машинам, провести модернизацию применяемых машин при возделывании и уборке картофеля. В сравнении с серийной техникой модернизированная система машин обладает большей производительностью, повышает качество выполнения технологических операций на 19.21%, что обеспечивает значительный социально-экономический эффект от внедрения технологии и системы машин в производство.

Создание и внедрение в производство восьмирядного широкозахватного картофелепосадочного агрегата на базе существующих машин обеспечивает повшение производительности на 18.23$ по сравнению с шестирядным агрегатом и на 31.34$ с четырехрядным. Равномерность раскладки клубней вдоль рядка на 21.28% выше в сравнении с четырехрядным посадочным агрегатом. При этом приведенные затраты (руб./га) сокращаются на 17%, а совокупные - на 26,3% (с 20,01 до 14,85 руб./га). Разработанные роторные рабочие органы для междурядных обработок посадок картофеля обеспечивают повышение производительности до 40%, снижение расхода топлива до 20%, повышают качество крошения почвы на 30%, более полно уничтожают сорняки на склонах гребней и в междурядьях. Приживаемость сорняков после них составляет 2,9%, после серийных окучников - 22%.

Разработанная широкозахватная ботвоуборочная машина с тросовыми рабочими органами, копирующими поверхность гребней и междурядий, обеспечивает полноту удаления ботвы до 77.94% в сравнении с серийной машиной (60-70$), повышает производительность на 45.60$, расход топлива снижает на 18.20$. Картофелеуборочные комбайны с разработанными рабочими органами (секционными подкапывающими лемехами, ротационным сепаратором, ботвоудалителем, сепарирующим элеватором с напыленными прутками пенополиуретаном) обеспечивают повышение производительности на тяжелых почвах с 0,17 до 0,28 га/ч, снижаются потери клубней за комбайном с 8,2 до 3,8$, повышается чистота клубней в ворохе комбайна с 48,5* 64,8$ до 74,5+92,4$. повреждаемость клубней картофеля снижается в 1,5-2 раза с 18,34.24,5$ до 9,3* 10,6$.

Применение спаренных столов с увеличением в три раза количества роликов по сравнению с КСП-20 позволяет производить очистку картофеля от примесей земли, растительных остатков и разделять клубни картофеля на три фракции (фуражную, семенную и продовольственную). Стандартность картофеля в сравнении с ручной калибровкой повысилась на 10.16,4$, то есть с 78,4 до 96$. Таким образом, экономический эффект от применения рекомендуемой технологии складывается из эффекта от модернизированных и вновь разработанных рабочих органов машин, их параметров, режимов работы и повышения качества выполнения технологических операций при возделывании картофеля.

6.1 Технико-экономическая эффективность рекомендуемой технологии возделывания и уборки картофеля

Экономическая оценка рекомендуемой технологии возделывания и уборки картофеля с применением широкозахватных агрегатов производилась в соответствии с методикой определения экономической эффективности использования в сельском хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений Г320ГОСТ 23728-79 "Основные положения и показатели экономической оценки"

Г 321У, справочным приложением к ГОСТу 23728-79 [ 322, 324, 325, 326 7.

В основу расчета экономической эффективности рекомендуемой технологии положены технологические карты на возделывание картофеля по существующей и рекомендуемой технологии. Расчеты по технико-экономическому обоснованию рекомендуемой технологии и существующей приведены в прилож. 14.

Внедрение рекомендуемой технологии возделывания картофеля с применением модернизированной системы машин и разработанных новых рабочих органов позволяет сократить затраты труда на 42,8%, приведенные затраты на 63,7$, совокупные - 54,1%. Снижение затрат труда при внедрении рекомендуемой технологии происходит за счет высвобождения трактористов на посадке, уходе в период вегетации и при удалении ботвы. По всей технологической цепочке и особенно на уборке картофеля комбайнами потребность в рабочих совещается в 2,5.3 раза в сравнении с существующей технологией. Годовой экономический эффект определяется при сравнении приведенных затрат и затрат, связанных с изменением количества и качества продукции по рекомендуемой и существующей технологиям. Повышение урожая картофеля обеспечивается за счет улучшения качества выполнения технологических операций при возделывании и снижения уплотняющего воздействия ходовых аппаратов тракторов и сельскохозяйственных машин на почву. Последнее возможно при использовании широкозахватных агрегатов, работающих по постоянной технологической колее, с гусеничными тракторами класса тяги 20-30 кН.

Экономический расчет по экономии приведенных затрат:

9=1(Пс-ПрИЦр-Цс)]Ац , (ел) где Пс, Пр - приведенные затраты при существующей и рекомендуемой технологии возделывания картофеля, соответственно, руб./га;

Цр, Цс- цена реализации продукции при рекомендуемой и существующей технологии, руб;

Ан - объем валовой продукции или работ, га, ц;

Приведенные затраты по существующей и рекомендуемой технологиях выражаются:

Пс-(и+Ен'К,; Пр = С*+Ен'К2, (6.2) где С<,С2- удельные затраты материально-денежных средств на I га на производство продукции при существующей и рекомендуемой технологии, руб;

Ен- нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, Ен= 0,15;

К^Кг.- удельные (в расчете на единицу продукции, работы) капитальные вложения (стоимость основных средств), руб.

Совокупные затраты, связанные с изменением приведенных затрат, повышением урожая и снижением затрат труда:

С ~ Пр+ С^у + Сзт , (6.3) где Пр - изменение приведенных затрат от внедрения технологии, руб./га;

С^у- дополнительный доход от повышения урожая, руб./га дополнительный доход от снижения затрат труда, руб./га.

С учетом снижения затрат труда и повышения урожайности до 43. .68% годовой экономический эффект составит 91975 руб. на 100 га.

Результаты расчетов убедительно показывают, что рекоменду