автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование технологии предуборочной химико-механической обработки картофельной ботвы с обоснованием параметров измельчающего рабочего органа дробителя

На правах рукописи

НАКОНЕЧНЫХ ДЕНИС ВЛАДИМИРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРЕДУБОРОЧНОЙ ХИМИКО-МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КАРТОФЕЛЬНОЙ БОТВЫ С ОБОСНОВАНИЕМ ПАРАМЕТРОВ ИЗМЕЛЬЧАЮЩЕГО РАБОЧЕГО ОРГАНА ДРОБИТЕЛЯ

Специальность: 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Саратов 2004

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова".

Научный руководитель: кандидат технических наук,

профессор

Иванов Юрий Алексеевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор

Дементьев Александр Иванович.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Матюшин Петр Алексеевич.

Ведущая организация:

Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Юго-Востока (г. Саратов).

Защита состоится » 2004 года в 12

часов на заседании диссертационного совета Д 220.061.03 при ФГОУ ВПО "Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова" по адресу 410056, г. Саратов, ул. Советская, д. 60, ауд. 325.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «» 2004 г.

Ученый секретарь ■ .л и

диссертационного совета п Н. П. Волосевич

ЛЯШ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из наиболее важных проблем современного сельского хозяйства является сильное сокращение производства картофеля на промышленной основе. По Саратовской области 97% производства данной культуры перешло в частный сектор.

Отказ от возделывания картофеля связан с высокой трудоемкостью его производства. В большей степени это связано с уборкой данной культуры. На ее долю приходится до 60 - 70% общих трудовых затрат.

Хорошо развитая ботва картофеля, затрудняет работу уборочной техники, что увеличивает потери и повреждение клубней: от 7 до 20% урожая остается в почве или на ее поверхности. Еще более значительная часть урожая подвергается внешним (18-36%) и внутренним (25-44%) механическим повреждениям из-за недостаточно прочной кожуры на момент уборки. Это отрицательно сказывается на их способности противостоять различного рода болезням в период хранения, что приводит к значительным (до 20-35%) потерям.

Довести до минимума эти потери можно, если в технологию возделывания картофеля, за 8-10 дней до уборки урожая, включить операцию предуборочной обработки ботвы.

Недостатки применяемых в настоящее время, ботвоуборочных машин, связанны с плохим качеством измельчения листостебельной массы и повреждением клубней. Применение только механического скашивания или химической обработки ботвы - не дает желаемых результатов эффективности рабочего процесса.

На основании результатов изучения вопроса предуборочной обработки картофельной ботвы, можно сделать вывод: повысить эффективность данной операции возможно, совместив в один технологический процесс механическое скашивание листостебельной массы и опрыскивание ее десикантом, что будет являться эффективным средством профилактики и борьбы с заболеваниями.

Однако применение данного способа сдерживается отсутствием необходимых научных данных и технических средств, что является актуальной задачей, решение которой будет способствовать восстановлению интенсивного производства картофеля.

Цель исследований: повышение эффективности предуборочной обработки ботвы картофеля за счет совершенствования технологии и технического средства с обоснованием параметров измельчающего рабочего органа.

Объект исследований: технологический процесс машины для выполнения предуборочной химико-механической обработки картофельной ботвы посредством последовательного опрыскивания десикантом, скашивания, измельчения и дополнительного опрыскивания остатков ботвы рабочим раствором.

Методика исследований предусматривает разработку теоретических положений исследуемого процесса обработки ботвы и экспериментальное их подтверждение в лабораторно-полевых и производственных условиях. Теоретические исследования проводились на основе общепринятых законов и методов классической механики и математического анализа. Эксперименты проводились с использованием методов скоростной фотосъемки и тензометрирования. Обработка результатов исследований выполнялась на ПК.

Научная новизна. Обоснована технологическая схема проведения процесса предуборочной обработки ботвы картофеля. Получены экспериментально-аналитические зависимости энергоемкости процесса резания с учетом геометрических и режимных параметров измельчающего аппарата. На основе разработанной классификации предложена новая конструктивно-технологическая схема агрегата для проведения предуборочной химико-механической обработки ботвы картофеля. Сотрудниками кафедры на данную технологию получено авторское свидетельство (АС № 2099920 от 12.27.1997 г.).

Практическая значимость работы. На основе исследований разработана технологическая схема и опытный образец машины для проведения предуборочной химико-механической обработки листостебельной массы картофеля.

Реализация результатов исследований. Результаты теоретических и экспериментальных исследований могут быть использованы при разработке ботвоуборочных машин. Машина для предуборочной химико-механической обработки ботвы была испытана в СХПК "Штурм" и "Искровское" Новобурас-ского района, а также в ООО "ТВЭЛ-Т" Аткарского района Саратовской области.

Апробация работы. Результаты исследований по диссертационной работе доложены и одобрены на ежегодных науч-

но-технических конференциях профессорско-

преподавательского состава ФГОУ ВПО "СГАУ им. Н.И. Вавилова" в период 1998...2004 гг.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 4 печатных работах. Общий объем публикаций составляет 0,93 п.л., из которых 0,52 п.л. принадлежит автору.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи разделов, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 180 страницах машинописного текста, содержит 21 таблицу, 35 рисунков, 8 приложений. Список использованной литературы включает 101 наименование, из них 13 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности работы и сформулированы основные научные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе "Краткий обзор развития средств и технологий для предуборочной обработки ботвы картофеля ", приведены данные о биологической ценности ботвы картофельного куста. Охарактеризованы технологии и агрегаты, применяемые для предуборочной обработки ботвы картофеля. На основе анализа литературных данных и патентной проработки разработана классификация технических средств, применяемых для предуборочной обработки ботвы картофеля. Предложена комбинированная химико-механическая технология обработки ботвы с двукратным опрыскиванием вегетативной части растений, и определена перспективная конструктивно-технологическая схема устройства для проведения механического удаления и химической обработки листостебель-ной массы на посадках картофеля.

Однако следует заметить, что процесс эффективного предуборочного уничтожения картофельной ботвы сдерживается отсутствием эффективных технических средств.

В результате анализа известных ботвоудаляющих устройств и применяемых технологий, сделан вывод о рациональности применения химико-механической обработки картофельной ботвы.

Разработке и обоснованию предлагаемой технологии посвящены работы Прохорова A.A., Иванова Ю.А., Преймака С.А.,

Гусева А.Н. и некоторых других авторов.

На основании литературного обзора в соответствии с целью исследований, в работе предусмотрено решение следующих задач:

- проанализировать и провести патентный поиск существующих технологий и конструкций технических средств для проведения предуборочной обработки ботвы картофеля и обосновать перспективное направление их совершенствования;

- изучить физико-механические свойства листостебельной массы картофельного куста;

- провести теоретические исследования технологического процесса срезания и измельчения ботвы картофеля с обоснованием основных параметров измельчающего рабочего органа;

- экспериментально исследовать влияния конструктивно-технологических параметров рабочего органа на качественные показатели срезания и измельчения ботвы картофеля, а также определить оптимальные значения этих параметров;

- изготовить и провести полевые испытания экспериментального образца машины для химико-механической обработки ботвы картофеля;

- определить экономическую эффективность предлагаемой технологии и опытного образца технического средства.

Во втором разделе "Физико-механические свойства картофельной ботвы" приводятся характеристики ботвы двух опытных сортов картофеля, методика проведения исследований их физико-механических свойств и результаты исследований.

Лабораторные исследования опытных сортов картофеля: "Адретта" и "Романо", были проведены на специально изготовленных установках (рис.1 а, б).

Средняя высота растений картофеля составила 0,405 м, влажность листостебельной массы картофельного куста на момент предуборочной обработки находилась в пределах 4555%. При исследовании процессов резания, значительным является коэффициент /с трения движения по стали. С повышением влажности от 45 до 55% данный параметр повышается от 0,125 до 0,438, в зависимости от условия проведения опытов.

Особое значение в проведенных исследованиях имеет определение энергоемкости Ар резания стеблей ботвы картофельного куста. Исследования выполнялись согласно методи-

ке ВИСХОМа, на маятниковом копре (рис. 1 б). Определялось влияние на данный параметр Ар таких факторов, как: диаметр d„ и влажность W стебля, углы: ß - заточки ножа и (р - передней грани ножа.

У/У/ >//—Ж-"W

>i> '/'' -Щ '!'!

а. б.

Рис. 1. Схемы лабораторных установок: а- для определения коэффициента трения движения ботвы по стали и б- маятникового копра.

1- шкив с ободом; 2- маятник; 3- стрелка; 4- шкала отклонений маятника; 5- короб для образцов;б - балансы; 7- эл. двигатель.

1- опорная платформа; 2- груз; 3- нож; 4- шкала установки угла /р; 5- маятник; 6- стойка; 7- фиксирующая стрелка;

8- шкала отклонений маятника;

9- механизм регулировки высоты среза;

10-стрелка.

Полученные математические модели, позволяют сделать вывод, что минимальная энергоемкость резания при /3=\5°,(р = 65°- 12,75 Даю.

В третьем разделе "Обоснование объекта исследования ". На основании проведенного обзора технических средств для предуборочной обработки ботвы картофеля, сделано заключение, что применяемые ботводробители с ножами разной длины имеют большую неравномерность высоты среза, что затрудняет последующее отделение ботвы от клубней при уборке урожая.

При незначительном отклонении агрегата от оси рядка сильно повреждаются клубнесодержащие гребни.

Применение барабанного измельчающего аппарата с винтообразными ножами позволит более качественно срезать, из-

мельчать и разбрасывать по поверхности поля частицы листо-стебельной массы.

В четвертом разделе "Теоретический анализ процесса обработки ботвы перед уборкой" рассматривается бесподпорное срезание и измельчение растений барабанным измельчающим аппаратом.

При наклоне стебля машиной, происходит частичный поворот стебля относительно точки А (места зажима стебля почвой) (рис. 2).

Срезание стебля произойдет в том случае, если угол а наклона стебля будет больше угла наклона касательной «о к траектории лезвий ножей, проходящей через некоторую точку С, находящуюся на наклоняющем брусе.

Траекторию движения лезвий ножей относительно оси вращения можно выразить через параметры измельчающего органа:

Х=ГМЧ + И- соэсо-г-, У = И + В. • {\-sinco-t), (1)

где X и У - координаты траектории лезвий ножа; Уи - поступательная скорость машины; t - время от начала движения; Я -радиус барабана; со - угловая скорость; к - высота установки барабана от уровня почвы до лезвий ножей; Н- высота упора над поверхностью поля; а - расстояние от образующей плоскости вращения барабана до точки С на брусе;

IВао ={ь.(Я + а)+К.^ + 2Яа + а2 Я2 - Ъ2 . (2)

Срезание стебля ботвы картофеля начнется только после наклона его на угол аь превышающий угол сео наклона касательной, проходящей через точку С с начальными координатами х = Я + аиу = Н. Я, а, Ъ являются статической характеристикой измельчителя, Я + а- расстояние от оси вращения барабана до упора. За некоторое время t движения агрегата, точка С переместится в положение С".

Угловую скорость наклона стебля можно найти из:

а>1 = (ум/Н)-соз2а1 (3)

Имея ей), найдем линейную скорость вращательного движения любой точки стебля, расположенной от почвы на расстоянии Н\.

У„ = (Н1/Н)-Ум.со12а1, (4)

где Н\ - расстояние от места крепления стебля в почве до ц.т. стебля.

Из выражений 3 и 4 видно, что наклон стебля — замедленный и, с увеличением угла наклона стебля, величины со\ и VK уменьшаются пропорционально eos2а.

Полное перерезание стебля, при уборке тонкостебельных растений, произойдет только в том случае, если нож внедрится на величину <5, равную или превышающую диаметр стебля. В процессе работы измельчителя любого рода, чаще меняется только скорость движения агрегата, поэтому будет целесообразным выразить 8мах через VM:

<5мах = К •(2tc/(úk)-cos о.\, 0.\ = Оо + Да, (5)

где 2п/сок - периодичность прихода режущих элементов в зону среза; к — принятое количество ножей в одном сечении барабана; о.\ - угол наклона стебля; А о. — угол, на который наклонится стебель за время t2 = 2iz/cok, «о - статическая характеристика измельчителя.

Угол а\ можно найти по выражению 6, подставив вместо г = ¿1 + ¡2, где - время изменения угла наклона стебля от 0 до Оо, ¿г= 2ж/сок.

а, =агс1ё (умI/Н), (6)

где Н - высота упора над уровнем почвы; о.\ - угол наклона стебля в момент времени

Расчетным путем, по формуле 5, было установлено, что величина <5ыах внедрения лезвия в стебель находится в обратной зависимости от угла а! наклона стебля.

Таким образом, полное перерезание стебля диаметром 15 мм произойдет при наклоне его на 60 и более градусов, относительно уровня поверхности рядка.

При величине <5 внедрения меньшей или равной диаметру стебля, длину дуги 1д, пробегаемой лезвием в стебле, можно определить из выражения:

ld=2R. arceos ([R-S ]/R), (7)

где arceos [R-Sj/R - в радианах.

В этом случае, время íc полного среза определяется формулой:

tc =1д/(0, где 1д - длина вырезаемой дуги.

Приняв за начало отсчета оси 0\XY (рис.2), можно записать уравнение движения стебля:

момент по оси X: м d2х _ Л; (8)

dt1

момент по оси Y: м ; у d <Р = о •

у а2

В промежуток времени между двумя срезами (2тт/сок), перемещение стебля будет выражено:

S' = (((4xg / (со2 к)) + (2жН, / (сокН))) • VM-cos2a, sina, (9) Если первый срез стебля происходит при координатах ножа:

Хо = Vu't + R'sincpo; у0 = h + R-R'costpo, (10)

где t = щ!со\ (ро - угол поворота ножа от вертикали в момент резания, товторой срез стебля, опускающегося параллельно оси Y на расстоянии X ц.т. от нее, произойдет при:

ср\ = arcsin • ((x0-VM (<P(/co+27ü/(cok)))/R). (И)

Откуда найдем:

c°m = \i-((xo-yv .(2JL + ^L))/R)3 (12)

V со 6)к

Y¡ = h + R - R eos <р j = h + R - R ■ J] - (( xq - Vч -(^- + —))/R)2

V (о сак

Измельчение стеблей возможно при условии: Y0-Yi>¿", (13) то есть, величина перемещения стебля вниз после срезания должна быть меньше разницы ординат траекторий двух последовательных проходов ножей на линии движения стебля:

R-

со.

s? cpo+

4к

4K .

---simpo—y

Ли'* JÍ-к

J-cos<po

а2-к

•K-H

a¡-siriai

(14)

Формула 14 определяет основное условие, при котором возможно дальнейшее измельчение свободнопадающего стебля.

Одним из главных качественных показателей работы измельчителя является длина резки. При работе на тонкостебельных культурах, длина резки зависит, главным образом, от конструктивно-кинематических параметров измельчителя.

Средняя длина резки по площади зоны среза одного ножа определяется по формуле:

1ср - (3 ■ Р,ю ) /(1 / 2Ьпо + [Ь1Ю /2Л]- агссоз ([Л - 5] / Л) + л/ 2 - 5 , (15) где высота части стебля растения, которая подвергается срезу и измельчению; Я - радиус барабана; Рпо - путь, пройденный барабаном за время его полного оборота.

Рис. 3. Определение длины резки при измельчении верхней части растения.

С целью повышения производительности и снижения затрат на эксплуатацию дробителя ботвы, необходимо выбрать ширину захвата агрегата, чтобы было согласование с предшествующими агрегатами (четырех или шести рядковыми картофелесажалками).

Согласно вышеуказанному требованию, длина /б измельчающего барабана должна быть не менее:

/б = "Р6£ (16)

где ир - количество обрабатываемых рядков; Ъ - ширина междурядий; £ - коэффициент, учитывающий отклонения ботвы от оси рядка

Определим число к ножей на барабане:

к = Vм / п ■ 1 р , (17)

где VM - скорость движения агрегата; п - частота вращения барабана; /р — расчетная длина резки.

Расчетную длину резки определим из выражения:

lp = VM/n.K (18)

Таким образом, имея количество ножей к = 3 в поперечном сечении барабана, расчетная длина резки будет равняться 31 мм.

При ширине захвата барабана 2530 мм, имеем возможность обрабатывать 4 рядка посадок картофеля.

Зависимость угла р заточки ножа от размерных характеристик измельчающего органа с винтообразными ножами, можно выразить соотношением вида:

(3 = arceos -([Zmax - х ■ íga ]/R), (19)

где Zmax = R- eos Pú R- радиус барабана; /?0- минимально допустимый угол заточки с точки зрения стойкости лезвия к ударной нагрузке; а- угол наклона кромки ножа, относительно противорежущей пластины; х- длина ножевой части барабана.

Экспериментально был установлен диапазон (от 50 до 70°) оптимальных углов <р, при которых происходит хорошее перерезание и измельчение ботвы картофельного куста и при этом, отмечаются удовлетворительные транспорно-швыряю-щие показатели. В хороших показателях последних параметров нет необходимости, так как измельченная ботва не загружается в транспортное средство, а разбрасывается по поверхности поля.

Проведенные расчеты для случая измельчения ботвы картофельного куста показали, что предельное значение угла ср = 66,5°; угол р заточки ножей - 28°. Эти параметры оптимально сочетают в себе достаточно высокую стойкость лезвия к затуплению и минимально возможное усилие резания.

Полная мощность Nn, необходимая на осуществление всей работы измельчителя, сложится из двух составляющих: мощности на привод измельчающего барабана и мощности NH на привод шестеренного насоса опрыскивателя:

Nn = N6 + NH. (20)

Мощность JV§, подводимая к валу барабана, расходуется на преодоление трения в подшипниках и сопротивление воздуха, а также непосредственно на процесс измельчения и транспортирование (разбрасывание) массы.

Обозначив через JVg — мощность на выполнение операции рабочего процесса, запишем:

N5 = Nq + JVp. (21)

Мощность N0 холостого хода является функцией скорости и в общем виде можно записать:

No = Kico + K2CO\ (22)

где Ki, К2 - постоянные коэффициенты, зависящие от конструктивных особенностей измельчающего аппарата. Kj - отражает потери на трение и равен моменту сил трения в подшипниках, К.2 — характеризует вентилирующее действие барабана.

Коэффициент Ki выразим следующим образом:

Я^Др'/п-Гц + т-Гй, (23)

где Rp - сумма реакций на опорах барабана (Нм);/П - коэффициент трения, приведенный к радиусу цапфы; гц - радиус цапфы; г - удельная сила трения (Н/м ); ES1,, - суммарная площадь боковых поверхностей ножей и дисков барабана.

Выразим сумму реакций в подшипниках Rp барабана:

Rp=G-fp-rti, (24)

где G- общий вес барабана;^- коэффициент трения качения.

Затраты мощности на преодоление сил трения в подшипниках определяются зависимостью:

102NMP= Rp-fn-2n-r4.(n/60).r\ , (25)

где п- частота вращения барабана; щ - КПД ремней передачи. Общая мощность Nmp, требуемая для преодоления сил трения: Nmp = Rp-fn-27c-n-rj-K, (26)

где К - поправочный коэффициент, отражающий дополнительные сопротивления о воздух лобовых поверхностей.

K = N/Nmp. (27)

Мощность Nna преодоление сил трения поверхностей дисков о воздух, составит:

N=Mtp-{n/r\), (28)

где Miр - момент трения боковых поверхностей барабана;

Для определения мощности Итр, требуется определитьмас-су тв воздуха, выталкиваемого лобовыми поверхностями барабана:

тв^Уе-ЦРн-Гл/г* (29)

где уп— плотность воздуха; суммарная площадь лобовых поверхностей ножей; ¥п- линейная скорость центра лобовых поверхностей;

Мощность, необходимая на сообщение кинетической энергии перемещаемому воздуху, определим из выражения:

N пв =К2-ф3 =т'в-Ув2/2=у^Р„е2У3/2§. (30)

После подстановки в уравнение 30 значений тв (из 29), получим:

где гт- расстояние от центра лобовой поверхности ножа до оси вращения

барабана; g- ускорение свободного падения; е1-коэффициент пропорциональности.

После чего, запишем окончательное выражение мощности, затрачиваемой на холостой ход барабана:

лг _/п , г .,.уо I в , г« ■£*'»•«/ -а5. (32)

Заменив в 23 /?р весом в барабана с ножами, найдем г:

*=(*/-/»»• гч -О)/^. (33)

Из формулы 31 найдем: е, = ^2К2 -ш /у „ - г/

Мощность Л'р, затрачиваемая на срезание и измельчение, представляет собой сумму следующих слагаемых:

= + (34)

где Ли,- мощность, потребляемая для преодоления сопротивлений, связанных с измельчением стеблей; А^ мощность, потребляемая на преодоление сопротивлений трения измельченной массы о стенки кожуха измельчителя.

Мощность зм находится в прямой зависимости от физико-механических свойств ботвы и степени их измельчения:

Миж = (в /9,81 ■ вст )■ А -(12/1ср), (35)

где Q - подача стеблей в измельчающий аппарат за 1 секунду; GCT - средний вес одного стебля; / - средняя длина измельчаемых стеблей; Арср - удельная работа резания (Дж/м); /р - средняя длина резки.

Мощность Nf потребляемую на преодоление сопротивлений трения измельченной массы о стенки кожуха барабана выразим как:

Nf= /p¿„tl 1бгк ■ C0SU к ■ h (3 6)

где /- коэффициент трения; р- напряжение сжатия; Ьп- ширина ножа; ц- коэффициент использования длины барабана (ц= bn/l§); j- количество проходящих ножей угол ак (j = (п„ Уок)/2тиг■); Ьп- ширина потока измельчаемой массы; /о- длина барабана.

Таким образом, мощность N6 на выполнение операции рабочего процесса, запишем:

2 ^

N6 = (Rpfnru +х ) ■ — + Y 'Гм -а3 +

О pJn ц ^ /// 102 204s

О I2

+ ' ÂPcP '"Г + fPb>?\l6rK • cosaK ■ j (37)

9,81Gcm r /

На основании проведенных расчетов, можно сделать вывод, что уменьшение количества ножей в поперечном сечении барабана способствует снижению энергоемкости холостого измельчителя (формула 32). Увеличение угла <р передней грани ножа, а так же заточка ножей с оптимальным углом /? обеспечивает снижение затрат мощности на срезание и измельчение стеблей.

В пятом разделе "Экспериментальное исследование измельчения листостебельной массы в процессе предуборочной обработки ботвы картофеля". Теоретически проверялись обоснования технологического процесса срезания и измельчения картофельной ботвы, конструктивно-технологических параметров измельчителя, а так же, качественная оценка технологической схемы машины для предуборочной химико-механической обработки ботвы.

Программой исследований было заложено проведение лабораторных и лабораторно-полевых опытов.

Изучение энергетических показателей работы измельчителя проводилось на специальном лабораторном стенде (рис. 4).

Экспериментальные исследования показали, что наклон стебля - замедленный и с увеличением угла а наклона стебля,

Рис. 4 Схема лабораторной измельчающей установки

1- пульт управления; 2- рама; 3- подвижное поле; 4- зажим; 5- упор; 6- измельчающий барабан; 7- датчик вращения барабана; 8- кожух; 9- эл. двигатель привода измельчающего органа; 10-каретка; 11-короб; 12-датчик движения подвижного поля; 13- эл. двигатель привода подвижного поля.

величина (й\ уменьшается пропорционально cos1 а.

На рисунке 5 показана зависимость угловой скорости движения стебля от его угла наклона при различных скоростях агрегата. Точками обозначены экспериментальные значения скоростей для каждого класса а.

В процессе экспериментальных исследований, изучалось поведение стебля при значениях Хп = VJV0K= 4,45; 5,1 и 6,26.

Ш, рад/с

5 15 25 35 45 55 65 75 80 1- 2,22 м/с; 2-1,94 м/с; 3-1,6б м/с. Рис. 5. Зависимость скорости {со) наклона стебля от скорости движения агрегата.

В случае, когда Я„ = 5,1, характер изменения а>1э от а. не существенно отличается от закономерности срезания стебля в обычном режиме работы (без предварительного наклона), а при Л„ = 6,26, большинство растений оставались не измельченными.

Экспериментальное изучение движения стебля перед измельчителем с применением метода скоростной фотосъемки, показало:

1. При наклоне перед измельчителем, стебель наклоняется относительно места крепления, постоянно замедляя скорость наклона (рис. 5).

2. Наилучшее срезание и измельчение стебля возможно только при наклоне его на угол а > 60° (выражение 5).

3. Наиболее целесообразно иметь X,, = 4,45.

4. При измельчении, верхняя часть ботвы находится в "плавающем" состоянии около упора (кадры скоростной фотосъемки).

Энергоемкость измельчения находится в прямой зависимости от длины резки, поэтому после записи осциллографом Мщ, определяли качество измельчения.

Результаты опытов, где наглядно отражено влияние числа заходов ножей на барабане измельчителя на качество измельчения, представлены графически на рисунке 6. Видно, что содержание частиц размером до /р< 100 мм, с увеличением частоты вращения барабана, возрастает.

Рис. 6. Зависимость качества измельчения от частоты вращения барабана, (исследуемые ножи: 1-16; 2-1 а; 3-26; 4-2а; 5-Ст).

На рисунке 7 приводятся кривые распределения длины резки при частоте вращения барабана 20,83 с1.

Значения содержания частиц любого класса может быть вычислено по формуле распределения Пуассона:

Рл,={е~Нт/т!)-100 , (39)

где ры — содержание частиц класса т; е - основание натурального логарифма; X - число, характеризующее совокупность среднего значения выборки, дисперсии и центрального момента.

Анализ кривых распределения показывает, что измельчающий аппарат с экспериментальными ножами 26, при п = 20,83 с"1 способствует оптимальному качеству измельчения (кривая 26, рис. 7).

Эти конструктивные варианты обеспечивают выполнение технологических требований к рабочему процессу.

Барабанный измельчитель со стандартными ножами, при п - 20,83 с"1 не дает желаемого качества измельчения. Увеличение частоты п вращения барабана до 25 с"1 не влечет существенного повышения качества измельчения (рис. 6).

Оценка правильности теоретического анализа и определения возможности использования формулы для расчета энергетических показателей, выполнена на основе анализа баланса мощности на привод барабана с ножами 2, расположенными в 3 следа. Полученные результаты позволили получить графическое представление распределения затрат по составляющим баланса мощности (рис. 8), что облегчает их анализ.

35.

•е- 30

о 75

а.

и 20

А

15

' Л

10

5

0

£

0-20

2040

4М0 ■■Ст. -

60-80 -2а -

кмоо 100-120 — 25

¿„тт

Рис. 7. Вариационные кривые содержания частиц размером /р в общем объеме измельченной массы.

N, кВт

О 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Рис. 8. распределение энергозатрат по составляющим баланса мощности 1 - при работе с шестью ножами;

2-при работе с тремя ножами в поперечном сечении барабана

Средняя длина /ст стеблей ботвы (сорт "Романо") 0,634 м, но учитывая длину стерни 0,15-0,18 м, принимаем /] = 0,454 м. Среднее значение коэффициента трения для п =20,83 с"1 и Гстс6л = 45-50%, равно 0,264. Фактическая длина резки дляба-рабанного измельчителя с экспериментальными ножами 26, -90-95 мм. Затраты мощности на измельчение, при работе в лабораторных условиях измельчающего с ножами 26, составили 2,62 кВт (при Q =1 кг/с).

Средняя длина измельченных частиц находилась в пределах 0,09-0,13 м при скорости движения агрегата от 1,66 до 1,94 м/с.

В шестом разделе "Полевые испытания экспериментального образца машины для проведения химико-механической обработки ботвы картофеля". Лабораторно-полевые эксперименты были выполнены, с целью качественной оценки работы экспериментальной машины.

Предлагаемый технологический процесс химико-механической обработки ботвы картофеля проводится в три этапа:

1. Агрегат, движущийся по полю, осуществляет обработку десикантом надземной части растения.

2. Установленный на этой же машине измельчающий аппарат проводит скашивание, измельчение и разбрасывание по полю листостебельной массы, оставляя черешки высотой от 0,18 до 0,20 м для дальнейшего удаления остатков картофелеуборочным комбайном.

3. Завершающим этапом технологического процесса обработки ботвы является последующая, обработка десикантом оставшихся черешков и не захваченных измельчающим аппаратом стеблей.

Все три этапа выполняются одним агрегатом, который состоит из трактора класса 1,4 кН и измельчителя ботвы с навешанным оборудованием для проведения химической десикации растений.

Особенность данного агрегата (рис. 9) заключается в том, что операции технологического процесса выполняются в указанной выше последовательности.

Машина имеет тыльное асимметрично продольной оси трактора (правое) расположение в агрегате и состоит из рамы 2, на одноосном шасси, на котором установлен механизм привода измельчающего аппарата 7 и приводимого от ВОМ трактора 1 через редуктор и карданную передачу 3, шестеренного насоса 5 с регулятором и датчиком давления. Так же на раме по фронту установлены передняя 4 и задняя 8 системы разбрызгивателей. В центральной части рамы находится пластиковый резервуар б для рабочей жидкости.

В процессе измельчения, частицы ботвы получают дополнительную обработку химикатом за счет имеющихся на поверхности стеблей и листьев капель раствора и воздействия барабана. После скашивания, оставшиеся черешки, а так же полеглые и в связи с этим не захваченные измельчающим барабаном стебли ботвы обрабатываются задней разбрызгивающей системой.

Рис. 9. Принципиальная схема агрегата для проведения химико-механической обработки картофельной ботвы

Различное по высоте расположение передней и задней систем, позволяет более экономно расходовать рабочий раствор.

После проведения исследований, опытный образец машины для химико-механической обработки ботвы (ДОБ-2,8), был использован для работы в производственных условиях на уборке картофеля по гребневой технологии. Испытания проводились в период 1997-1998 гг в СХПК "Штурм" и "Искровское" Ново-бурасского района, а также в 2003 г. в ООО "ТВЭЛ-Т" Аткарского района Саратовской области.

В указанных хозяйствах для скашивания, измельчения и разбрасывания ботвы картофеля, использовались машина КИР-1,5 и цепной измельчитель. Химическая обработка лис-тостебельной массы проводилось штанговым опрыскивателем ОП-2000-2-01. С этими агрегатами и сравнивался экспериментальный образец.

Обработка данных полевых экспериментов позволила установить зависимость не измельченных и не достаточно полно обработанных десикантом стеблей от скорости Уи движения агрегата.

На рисунке 10 приведены вариационные кривые влияния скорости движения агрегата для обработки ботвы картофеля на фракционный состав измельченных частиц.

Графики показывают, что в режимах желаемых скоростей движения (б...7км/ч), исследуемый измельчитель-опрыскиватель дробит ботву с размерами частиц в пределах 0,09...0,13 м (рис. 10). Частицы этих размеров хорошо удаляются резиновыми пальчиковыми горками картофелеуборочных комбайнов.

Результаты поведенных полевых опытов позволили сделать вывод, что самым эффективным оказалось одновременное скашивание и опрыскивание ботвы за 10 дней до уборки.

Хотя урожайность клубней снизилась на 7 ц/га, но зато почти в два раза снижаются потери клубней при работе уборочных агрегатов.

При уборке картофеля без предуборочной обработки ботвы рабочие органы уборочных машин повреждают от 12 до 35% клубней. Предуборочная химико-механическая обработка ботвы картофеля позволила снизить повреждаемость клубней на 6%, а потери - с 17 до 3%.

При выборе технологии уборки картофеля следует учитывать не только прямые, но и косвенные потери - отходы клубней за период хранения.

Рис. 10. Вариационные кривые %-го содержания частиц размером /р при различных скоростях Ум движения агрегата при работе измельчителя с ножами 26.

Уборка картофеля без предварительной обработки ботвы приводит к потерям семенных клубней за период хранения в количестве 17...19%. Причина этого: травмирование клубней при уборке и перезаражение их от больной ботвы. Предуборочная обработка ботвы предлагаемым дробителем-опрыскивателем создает благоприятные условия для хранения семенных клубней. Отходы семян за период хранения картофеля снижаются на 10,5%.

Полевые исследования подтверждают необходимость предуборочной обработки ботвы картофеля одновременно химико-механическим способом.

Установлены следующие оптимальные параметры измельчающего органа: его длина - 2530 мм; количество ножей в поперечном сечении - 3, частота вращения 20,83 с"1; поступательная скорость агрегата 1,94 м/с.

Затраты мощности на измельчение, при работе агрегата с ножами 25, составили 20,27 кВт, при подаче (0 13,26 кг/с.

Предуборочная обработка ботвы картофеля рекомендуемым дробителем-опрыскивателем за 10 дней до уборки позволила уменьшить потери клубней за копателями на 12%, за комбайнами на 5%; их повреждение, соответственно на 7 и 22...26%. Кроме того, химико-механическая обработка картофельной ботвы создает хорошие предпосылки для дальнейшего хранения семенных клубней.

В седьмом разделе "Экономическая эффективность использования экспериментального образца машины для предуборочной обработки ботвы картофеля ".

Расчет экономической эффективности был выполнен на основе общепринятых методик и заключался в сравнении предлагаемой технологии и опытного образца машины с применяемой технологией и используемыми агрегатами: механическое скашивание КИР-1,5 с последующим химическим опрыскиванием ОП-2000-2-01.

Предлагаемая технология, выполняемая опытной машиной, позволила снизить трудоемкость предуборочной обработки картофельной ботвы на 53,5%. Прямые эксплуатационные затраты снижены на 42,46 %. Срок окупаемости нового дроби-теля- 0, 81 год.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ способов и средств предуборочной обработки ботвы картофеля показал, что наиболее перспективным является комбинированный: химико-механический.

2. В результате изучения физико-механических свойств ботвы картофеля помимо размерно-массовых характеристик, определены еще некоторые показатели. Коэффициент трения движения ботвы (при влажности 45-55%) по стали, в зависимости от характера поверхности испытуемых образцов (целые или расщепленные) и направления действия силы трения (вдоль или поперек волокон), составил от 0,18 до 0,625. Динамика высыхания листостебельной массы, в зависимости от способов и сроков ее обработки, наблюдалась следующая: при обработке механическим или химическим способом (на 14 день после обработки), влажность (по сравнению с контролем) снизилась на 12,1 и 24,28 %%, соответственно. Наиболее динамичное высыхание протекало при химико-механической обработке - на 60,8%. Энергоемкость резания в зависимости от угла заточки ножа составила 12,75-80,0 До/с, от угла установки ножа - 41,97-57,0 До/с

Обоснована технология комбинированной химико-механической обработки ботвы картофеля и тип измельчающего органа.

3. Теоретическими исследованиями обоснованы конструктивные и технологические режимы работы барабанного из-

мельчителя: длина рабочего органа — 2530 мм, количество ножей в поперечном сечении барабана — 3, угол передней грани ножа - 65% угол его заточки - 28°.

Получены аналитические выражения:

- условия полного перерезания стебля в зависимости от скорости движения агрегата, частоты вращения барабана и числа ножей на нем (выражение 5);

- средней длины резки стебля (выражение 15);

- мощность на привод измельчающего барабана с учетом его технических характеристик (выражение 37).

4. Экспериментальными исследованиями определены:

- интенсивность наклона стебля в зависимости от скорости движения агрегата (выражения 3 и 4);

- зависимость качества измельчения ботвы различными ножами от частоты вращения барабана;

- затраты мощности на измельчение ботвы (20,27 кВт, при £> = 13,26 кг/с);

- оптимальный скоростной режим работы агрегата, характеризующийся качественным измельчение ботвы (1,94 м/с).

5. Проведены производственные испытания опытного образца машины для предуборочной химико-механической обработки ботвы картофеля, в ходе которых подтверждена обоснованность предлагаемой технологии выполнения данной операции.

- Производительность машины 1,96 га/ч, затраты труда на выполнение десикации и измельчения ботвы - 0,13 чел.-ч./га.

6. Производственные испытания опытного образца машины показали, что она создает хорошие условия для комбайновой уборки картофеля. При работе комбайна ККУ-2 на участках обработанной химико-механическим способом, сокращаются потери клубней на 14%, их травмирование на 6%, снижаются отходы семенных клубней за период хранения на 10,5% (по сравнению с контролем).

7. Применение машины для предуборочной химико-механической обработки ботвы картофеля снижает трудоемкость этого процесса на 53,5 %. Годовая экономия прямых эксплуатационных затрат составила 414,4 тыс. рублей, срок окупаемости нововведений составил 0,81 год.

СПИСОК РАБОТ ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Иванов Ю.А, Преймак С.А., Наконечных Д.В. Машина для измельчения ботвы в поле. Информационный листок Саратовского ЦНТИ № 201-97, Саратов, 1997. 2с. (0,125/0,042

П.Л.).

2. Иванов Ю.А, Наконечных Д.В. Машина для предуборочного удаления ботвы картофеля. Сб. научн. работ "Молодые ученые Саратова - Агропромышленному комплексу Поволжья". Саратов. Изд-во СГСХА. 1997. С 257-261. (0,25/0,13

П.Л.).

3. Наконечных Д.В Эффективность предуборочного удаления ботвы картофеля. Сб. научн. работ "Молодые ученые ФГОУ ВПО "Саратовский ГАУ" агропромышленному комплексу Поволжского региона". Саратов 2003. С 218-221. (0,25

П.Л.).

4. Прохоров А.А., Иванов Ю.А, Наконечных Д.В. Влияние технологии и технических средств для послеуборочного удаления картофельной ботвы на качество урожая. Современные технологии возделывания с. - х. культур. Сб. науч. работ, СГАУ, Саратов, 2003. С. 139-143. (0,3/0,1 пл.).

Подписано в печать 13.08.04. Формат 60*84 х!к. Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 742/855.

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» 410600, Саратов, Театральная пл., 1.

РНБ Русский фонд

2007-4 17814

i ?

- "Л

- - . /

17 СЕН 7004

ВВЕДЕНИЕ

1. КРАТКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ И ТЕХНОЛОГИЙ

ДЛЯ ПРЕДУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ БОТВЫ КАРТОФЕ- 11 ЛЯ

1.1. Биологическая ценность ботвы

1.2. Механическая обработка листостебельной массы 13 картофельного куста

1.2.1. Типы рабочих органов ботвоуборочных машин:

- Роторные измельчающие аппараты

- Барабанные измельчающие аппараты:

- Цепные

- Теребильные

1.3. Химическая обработка картофельной ботвы '

1.4. Пути совершенствования технологии и средств предубо- ^ рочной обработки ботвы

1.5. Анализ применяемых способов агрегатирования

1.6. Выводы по разделу

1.7. Цель и задачи исследования

2. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КАРТОФЕЛЬНОЙ БОТВЫ

2.1. Методика исследований

2.1.1. Размерная и весовая характеристика картофельного ^ куста

2.1.2. Определение обобщенного показателя жесткости ^ стебля

2.1.3. Определение влажности

2.1.4. Определение энергоемкости резания маятниковым ^ работомером

2.1.5. Погрешность опытов, проведенных на маятниковом ^ копре

2.1.6. Определение коэффициента трения движения

2.2. Обработка результатов опытов

2.3. Выводы по разделу

3. ОБОСНОВАНИЕ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1. Выбор технологической схемы машины, осуществляющей ^ химико-механическую обработку картофельной ботвы

3.2. Выбор типа измельчающего аппарата

4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ СТЕБЛЕЙ БОТВЫ КАРТОФЕЛЯ ВО ВРЕМЯ ПРЕДУБО- 82 РОЧНОЙ ОБРАБОТКИ

4.1. Цель исследований

4.2. Анализ процесса измельчения стеблей ботвы барабанным ^ измельчающим аппаратом

4.2.1. Наклон растений

4.2.2. Срезание растений

4.2.3. Измельчение верхней части ботвы

4.3. Теоретическое обоснование основных параметров барабан- ^g ного измельчителя

4.3.1. Длина измельчающего органа

4.3.2. Угол заточки ножей

4.3.3. Угол скольжения ножа

4.3.4. Энергоемкость измельчения. Составляющие энерго- ^ баланса барабанного измельчителя

4.3.5. Частота вращения барабана и количество режущих ^ ^ элементов на нем

4.4. Выводы по разделу

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ СТЕБЛЕЙ В ПРОЦЕССЕ ПРЕДУБОРОЧНОГО УДА- 116 ЛЕНИЯ БОТВЫ КАРТОФЕЛЯ

5.1. Программа экспериментальных исследований

5.2. Общая методика экспериментальных исследований энерго- ^ ^ емкости измельчения

5.3. Описание лабораторной установки

5.4. Кинематика движения стебля перед измельчителем 119 5.4.1. Методика и приборы

5.5. Результаты экспериментальных исследований

5.6. Выводы по разделу \

6. ПОЛЕВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОБРАЗЦА МАШИНЫ ДЛЯ ХИМИКО-МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБ- 142 РАБОТКИ КАРТОФЕЛЬНОЙ БОТВЫ

6.1. Особенности предлагаемой технологии химикомеханической обработки картофельной ботвы

6.2. Устройство и технологический процесс работы экспериментального образца машины для проведения химико- 143 механической обработки картофельной ботвы

6.3. Методика настройки оборудования для проведения хими- ^^ ческой десикации картофельной ботвы

6.4. Производственные испытания опытного образца машины для предуборочной химико-механической обработки кар- 149 тофельной ботвы

6.5. Выводы по разделу

7. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОБРАЗЦА МАШИНЫ ДЛЯ ПРЕДУБООЧНОЙ ХИМИКО-МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ БОТВЫ КАРТОФЕЛЯ

Выводы по разделу

Картофель - важнейшая продовольственная, техническая и кормовая культура. Питательная ценность его определяется оптимальным соотношением органических и минеральных веществ. Благодаря хорошим вкусовым качествам и высокой питательной ценности он стал вторым после хлеба продуктом питания.

В нашей стране картофелеводство широко развито в Нечерноземной и Центрально-черноземной зонах РФ, Поволжье, на Северном Кавказе и на Дальнем Востоке, а также в странах ближнего зарубежья: Белоруссии, Прибалтике, Украине [1].

Несмотря на свою высокую питательную ценность выращивать картофель в настоящее время берутся далеко не многие хозяйства. На сегодняшний момент, состояние картофелеводства в стране и регионе Поволжья -весьма плачевное. По данным НИИКХ, 92% собираемого урожая выращивается на личных участках граждан [2]. По Саратовской области 97% производства данной культуры перешло в частный сектор. Поскольку, в условиях частного землепользования не возможно обновление посадочного материала, то репродуктивность клубней, с каждым последующим годом - снижается. Это приводит к значительному уменьшению урожая и повышению его стоимости при низком качестве клубней.

Отказ хозяйств от производства картофеля связан с высокой трудоемкостью данной отрасли. В большей степени это связано с уборкой данной культуры. На ее долю приходится от 60 до 70% общих трудовых затрат. Недостаток рабочих в этот период приводит к растягиванию сроков выполнения работ, что отрицательно сказывается на урожае [3,4].

На основании изучения данного вопроса, можно сделать вывод, что решение проблемы увеличения производства картофеля - в концентрации площадей фермерских хозяйств, занимающихся возделыванием данной культуры и возможностью использования в этом случае, энергонасыщенных тракторов и высокопроизводительной техники, главным образом, комбайнов на уборке урожая [5].

Максимальный эффект от использования картофелеуборочных комбайнов можно получить, если обеспечить им благоприятные условия для работы, а именно:

- создать рыхлое состояние почвы на поле;

- сохранить рыхлое состояние клубненосного слоя до уборки урожая;

- провести грамотное предуборочное удаление ботвы и другой растительности.

Первые две задачи решаются выбором технологии возделывания картофеля: гребневая ("Заваровская"), ленточно-гребневая или "голландская". Выбор той или иной технологии должен основываться с учетом почвенно-климатических условиях региона, где предполагается выращивание данной культуры.

Одна из главных задач:- правильный выбор технологии и машины для проведения предуборочной обработки ботвы картофеля. Эта проблема до сих пор окончательно не решена. Хорошо развитая, ботва часто оказывается причиной забивания подкапывающих рабочих органов, затрудняет работу сепарирующих и ботвоудаляющих устройств копателей и комбайнов и приводит к значительным повреждениям клубней при уборке. Это существенно усложняет труд людей, работающих на переборочном столе картофелеуборочного комбайна, увеличивает потери урожая на поле и при хранении [1,2, 3,4].

Предуборочное удаление ботвы поможет снизить потери, сократив их до минимума. Проведение этой операции способствует скорейшему дозреванию клубней и образованию на них плотной кожуры, подсыханию почвы на поле. Все это ведет к снижению их травмирования рабочими органами картофелеуборочных машин, повышается эффективность работы сепарирующих устройств уборочной техники, уменьшается вероятность поражения клубней различного рода болезнями, в значительной степени повышаются семенные и продовольственные качества картофеля. В целом, предуборочное удаление ботвы, хотя несколько и снижает урожайность, но при этом повышает качество клубней и уменьшает отходы при их последующем хранении.

Именно поэтому, при подготовке поля к уборке урожая, необходимо проводить предуборочную обработку ботвы картофеля.

Эта задача решается по-разному. В большинстве случаев используется два способа обработки листостебельной массы: механический и химический. Третий способ - химико-механический, распространен менее.

Первый способ, механический, имеет достаточно широкое распространение, так как машины, применяемые для этой цели, как правило - универсальные, то есть применяются и для заготовки кормов.

Универсальность используемой техники отражается на низком качестве работы в роли ботводробителей. Это объясняется тем, что при создании машин не учитывались, очень важные, биологические свойства растения картофеля. Оставшиеся черешки ботвы, под воздействием влаги от выпадения дождей или обильных рос прорастают, забирая питательные элементы из клубней.

Химический способ основан на применении десикантов. При обработке этими препаратами, растения получают химический ожег, и увядают на корню. Для этих целей применяются различного рода ядохимикаты.

Химическое уничтожение картофельной ботвы (десикация) выгодно отличается от механического тем, что:

- после обработки химическими препаратами не происходит перезаражение здоровых кустов частями измельченных больных растений;

- отсутствует вероятность повторного прорастания клубней, при этом в них сохраняются питательные вещества [3,4, 5].

Недостаток данного способа в том, что высохшие стебли ботвы затрудняют работу сепарирующих устройств комбайнов и копателей [3,4, 6].

Химико-механический способ практически не применяется, и в настоящий момент находится в стадии разработки.

Его сущность заключается в последовательном проведении химической обработки картофельной ботвы, а затем ее механическом измельчении с разбрасыванием по полю измельченных частей.

Применение химико-механического способа связано с использованием двух отдельных агрегатов: со штанговым опрыскивателем и с дробителем ботвы. Этот способ более эффективен, чем механический или химический, взятые в отдельности, но при этом, степень уплотнения почвы в междурядьях повышается многократно, что отрицательно сказывается на работе картофелеуборочной техники.

Найти оптимальное решение главной задачи, можно только ответив на следующие вопросы:

- какова ценность ботвы?

- когда обрабатывать ботву?

- каким способом?

- какими техническими средствами?

- какова экономическая эффективность этой операции?

Сложность правильного ответа на эти вопросы связана с недостаточным количеством исходных теоретических и экспериментальных исследований. Этот пробел частично устраняет настоящая работа.

Работа "Совершенствование технологии предуборочной химико-механической обработки картофельной ботвы с обоснованием параметров измельчающего рабочего органа дробителя" выполнена автором в период с 1996 по 2004 год в Саратовском государственном аграрном университете им. Н.И. Вавилова.

На защиту выносятся следующие основные научные положения:

- выявление сущности проведения химико-механической обработки ботвы картофеля;

- обоснование рациональной технологической схемы машины для проведения химико-механической обработки ботвы картофеля;

- методы расчета оптимальных параметров измельчающего устройства при различных режимах его работы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ способов и средств предуборочной обработки ботвы картофеля показал, что наиболее перспективным является комбинированный: химико-механический.

2. В результате изучения физико-механических свойств ботвы картофеля помимо размерно-массовых характеристик, определены еще некоторые показатели. Коэффициент трения движения ботвы (при влажности 45-55%) по стали, в зависимости от характера поверхности испытуемых образцов (целые или расщепленные) и направления действия силы трения (вдоль или поперек волокон), составил от 0,18 до 0,625. Динамика высыхания листостебельной массы, в зависимости от способов и сроков ее обработки, наблюдалась следующая: при обработке механическим или химическим способом (на 14 день после обработки), влажность (по сравнению с контролем) снизилась на 12,1 и 24,28 %%, соответственно. Наиболее динамичное высыхание протекало при химико-механической обработке - на 60,8%. Энергоемкость резания в зависимости от угла заточки ножа составила 12,75-80,0 Дж, от угла установки ножа - 41,97-57,0 Дж

Обоснована технология комбинированной химико-механической обработки ботвы картофеля и тип измельчающего органа.

3. Теоретическими исследованиями обоснованы конструктивные и технологические режимы работы барабанного измельчителя: длина рабочего органа - 2530 мм, количество ножей в поперечном сечении барабана - 3, угол передней грани ножа - 65°, угол его заточки - 28°.

Получены аналитические выражения: -условия полного перерезания стебля в зависимости от скорости движения агрегата, частоты вращения барабана и числа ножей на нем (выражение 4.14);

-средней длины резки стебля (выражение 4.28);

-мощность на привод измельчающего барабана с учетом его технических характеристик (выражение 4.64).

4. Экспериментальными исследованиями определены: -интенсивность наклона стебля в зависимости от скорости движения агрегата (выражения 4.9 и 4.10);

-зависимость качества измельчения ботвы различными ножами от частоты вращения барабана; -затраты мощности на измельчение ботвы (20,27 кВт, при Q = 13,26 кг/с); -оптимальный скоростной режим работы агрегата, характеризующийся качественным измельчение ботвы (1,94 м/с).

5. Проведены производственные испытания опытного образца машины для предуборочной химико-механической обработки ботвы картофеля, в ходе которых подтверждена обоснованность предлагаемой технологии выполнения данной операции.

- Производительность машины 1,96 га/ч, затраты труда на выполнение десикации и измельчения ботвы - 0,13 чел.-ч./га.

6. Производственные испытания опытного образца машины показали, что она создает хорошие условия для комбайновой уборки картофеля. При работе комбайна ККУ-2 на участках обработанной химико-механическим способом, сокращаются потери клубней на 14%, их травмирование на 6%, снижаются отходы семенных клубней за период хранения на 10,5% (по сравнению с контролем).

7. Применение машины для предуборочной химико-механической обработки ботвы картофеля снижает трудоемкость этого процесса на 53,5%. Годовая экономия прямых эксплуатационных затрат составила 414,4 тыс. рублей, срок окупаемости нововведений составил 0,81 год.

170

1. Верещагин Н.И., Пшеченков К.А., Герасимов B.C. "Уборка картофеля в сложных условиях"". -М.: Колос, 1983, С. 82.

2. Коршунов А.В. "Картофелеводство России: производство, рынок, проблемы семеноводства". //Картофель и овощи. 2/2000, С.2-3.

3. Карманов С. Н., Кирюхин В. П., Коршунов А. В. "Урожай и качество картофеля". М.: Россельхозиздат 1988, 167 с.

4. Замотаев А. И., Литун Б. П., Пшеченков К. А. и др. "Производство картофеля на промышленной основе". М.: Агроиромиздат 1985, 271 с.

5. Пшеченков К.А, "Концепция развития технологии и средств механизации производства картофеля'7/Картофель и овощи. 5/1998, С. 2-4.

6. Замотаев А. И., Лубенцов В. М., Воловик А. С. и др. "Интенсивная технология возделывания картофеля".- М: Росагропромиздат, 1989, 300 с.

7. Петров Г. Д. "Картофелеуборочные машины СССР и США" /обзорная информация/ М.: Агроиромиздат, 1982, 64 с.

8. Верещагин Н.И., Пшеченков К.А. "Комплексная механизация возделывания, уборки и хранения картофеля".- М.; Колос, 1977, С. 168-170.

9. Верещагин Н. И., Пшеченков К. А. "Рабочие органы машин для возделывания, уборки и сортирования картофеля".-М.: Машиностроение, 1965, С. 166.

10. Гудзенко Н. П. "Машины для возделывания и уборки картофеля". М.: Колос, 1962, 240 с.

11. И. "Агробиологические основы производства, хранения и переработки продукции растениеводства". / Филатов В.И., Баздырев Г.И., Объедков М.Г. -М.: Колос, 1999,724 с.

12. Растениеводство. / Посыпанов Г.С., Долгодворов В. Е., Коренев Г. В. и др. М.: Колос, 1997,448 с.13. "Картофель"/ Под ред. Бацанова Н.П.- М.: Колос, 1997,320 с.

13. Магницкий А.С. Диагностика потребности растений в удобрениях. М.: Московский рабочий, 1972, 271 с.

14. Крушилин А.С. Картофель на юго-востоке СССР. Саратов. 1941,72 с.

15. Крушшшн А. С. Выращивание овощных культур и картофеля при орошении. -М.: Россельхозиздат, 1975, С. 89-114.

16. Ильин В.Ф., Писарев Б.А., Сухоиванов В.Н. Удобрение картофеля. М.: Колос, 1974, 140 с.1.. Вендило ГГ., Петриченко В.Н., Скоржешжий Н.М. //Химия в сельском хозяйстве. 1985, Ш 6,140 с.

17. Коршунов А.В., Филиппов А.Н. Урожай и качество картофеля в зависимости от способов внесения повышенных доз минеральных удобрений при орошении. //Биллштень ВИУА. 1980, № 55, С. 59-63.

18. Растениеводство. Методические указания/сб. статей / Каюмов М.К.,- М. 1989,66 с.

19. Практикум по растениеводству. / Вавилов П.П., Гриценко В.В., Кузнецов B.C. -М.: Колос, 1983, 352 с.

20. Растениеводство. Часть V. "Корнеплоды и клубнеплоды*. Практикум по растениеводству. /Под ред. Худенко М.Н., СГАУ им. Н.И. Вавивлова, 2000, С. 26-37.

21. Сельскохозяйственная энциклопедия. М.: Изд-во Советская энциклопедия, 1973, Т-2. С. 1131-1143.

22. Резник Н.Е.^Силосоуборочные комбайны11. М.: Машиностроение, 1964, 447 с.

23. А.С. № 246183. (СССР) Ботводробитель^/Болотин В.М., Бондаренко Ю.С., Вайсман М.Л. л др./ опубл. Б Л,11.06 J969, № 20.

24. А.С. № 1358813. (СССР) Измельчитель ботвы корнеплодов /Виноградов В.И., Дорохов А.П., Маркусеев В.А.У опубл. Б.И., 15.12.1987, № 46.

25. А. С. № 948321. (СССР) Устройство для измельчения ботвы корнеплодов на корню./Зиязетдинов Р.Ф., Проколов О.И./ опубл. Б.И., 07.02.1987, № 29.

26. Wirtshaffliche Futterzeugung und Werbung. Techik Landwirtschft. 1962, jg 14, H.13.

27. Vogt G. Maschinen fur die Futterent. Lohnunternehmen in Land-Forst-Wirtschaft. 1962, jg 14, H. 13.

28. Stolzenberg W.L. Arleitsergetnisse mit dem Schlegelernter E-0,68. Deutshe Agrartechnik, 1962, Helt 7.

29. Segler G. Der Feldhacksler Aussichten und Erfarhrungen. Landtech nik, 1959, № 3.

30. Патент № 4556 A 01D 23/02. (Англия) Дробилка картофельной ботвы /— опубл. Б.И., 24.01.1973, №16.

31. Пожарский В.К., Сердечный А.Н. "Роторные косилки-измельчители", -М.: Машиностроение, 1965,70 с.

32. Комаров Л.И. "Экспериментально-теоретическое обоснование конструктивных параметров измельчающего аппарата роторного типа с пнев-мошвыряющим устройством к кукурузоуборочному комбайну "Херсо-нед" /Труды ВИМ, т-34 М. 1964, С. 192-215.

33. Патент № 2021662 С1. (РФ) Ботводробитель./Латинник В.М/ опубл. Б.И., 20.02.1991, № 19.

34. А.С. № 1685288. (РФ) Ботводробитель./Латинник В.М, Угланов М.Б./ -опубл. Б.Й., 29.09.1989, № 18.

35. Теория, конструкция и расчет сельскохозяйственных машин./ Под ред. БосогоЕ. С.//Изд. 2., -М.: Машиностроение, 1978, 720 с.

36. А.С. № 1819517. (РФ) Била очистителя ботвы корнеплодов на корнях/Чернявский С.В,, Рывлин В.А., Барвиико А.С- и др./ опубл. Б.И., 29.05.3990.

37. Patent № 2758435 (USA). Crop gathering and chipping dcvice./Lundell V.F.

38. Patent № 2880661 (USA). Motory row crop choppen/Lundell V.F.

39. Neu Feldlader FeldhacksleT - Feldpeesen. DLZ, 1962, № 6.

40. Резник H.E. Теория резания лезвием и основы расчета режущих аппаратов. -М.: Агропромиздат, 1990, С.403-436.

41. Раев Б.Г. "К теории резания стеблей". //Вестник сельскохозяйственной науки, Jfe 95 i960.

42. Замотаев А. И. Справочник картофелевода. -М.: Агропромиздат, 1987, 351 с,

43. Петров Г. Д. "Картофелеуборочные машины", изд. 2, М.: Машиностроение, 1984, 320 с.

44. Патент № 2702332 А1. (Франция) Устройство для удаления картофельной ботвы/ разраб. "ZEROUG Alain" / - опубл., И.С.М., № 23, с. 7.

45. Технический уровень и эффективность машин для возделывания и уборки картофеля./Обзорная информация Госагронрома СССР. — М.: 1986, С. 22-35.

46. Патент № 2702122 А1. (Франция) Способ и устройство для уничтожения ботвы картофеля или других корнеплодов/ разраб. "G.A.E.C. RADET AGRT / - опубл., И.С.М., № 23, С, 7.

47. А.С. № 1724065. (СССР) Ротационный режущий аппарат./Ловкие З.В. и Гродский Л.К./ опубл. Б.И., 07.04.1992, № 13.

48. Патент № 2667758 А1. (Франция) Фронтальный режущий брус/ разраб. "KLEIN"/-опубл. Й.С.М., 17.04.92, № 16.

49. Haderliy L.C., Halderson J.L., Leino P.W., Peterson P.J., Callihan R.H. Chemical desiccation of potato vines. American Potato Journal. 1989, 66, 2:53.

50. Chakravarty L.G. Scotland-living in the real world. Regional Round-up. Agricultural Machinery Journal. 1986, August,: 15.

51. Верещагин Н.И., Пшеченков К.А. "Комплексная механизация возделывания, уборки и хранения картофеля",- М.: Колос, 1977, С. 181-182.

52. Балицкий К.Н. "Высокие урожаи картофеля". (Опыт картофелеводов Брянщины).- М.: Россельхозшдат, 1974, С. 15-107.

53. Патент № 257569 А 1 D23/02. (ГДР) Устройство для удаления ботвы у пропашных культур //Бюллетень, вып. № 1,1989.

54. Методика изучения физико-механических свойств сельскохозяйственных растений. М.: Наука, 1969, С. 6-98.

55. Физико-механические свойства растений, почв и удобрений. Методы исследования, приборы, характеристики. /Воронюк Б.А., Пьянков А.И. и др. -М.: Колос, 1970,423 с.

56. Крагельский И.В., Виноградова И.Э. "Коэффициенты трения", изд. 2,1. Машгиз, 1962, 220 с.

57. Бурмистрова М.Ф. "Физико-механические свойства сельскохозяйственных растений" М.-Л: Сельхозгиз, 1965, С. 4-82.

58. Фомин В.И. "Исследование бесподпорного среза трав".// Труды ВИС-ХОМа. Вып. 39,- М, 1962, С. 3-55.

59. Фомин В.И. "Экспериментальное исследование бесподпорного среза травостоев". Машиностроение, 1962, С. 23-76.

60. Методика изучения физико-механических свойств сельскохозяйственных растений./-М.: ВИСХОМ, 1960, 278 с.

61. Фихтенголъц Г.М. "Курс дифференциального и интегрального исчисления", М.: Наука, 1970, 607 с.

62. Вольф В.Г. "Статистическая обработка опытных данных". М.: Колос, 1973, 352 с.

63. Гнеденко Б.В. "Курс теории вероятностей " М.: Наука, 1965, 400 с.

64. Длин A.M. "Математическая статистика в технике" М. : Советская наука, 1958, 466 с.

65. Митропольский А.К. "Техника статических вычислений". М.: Наука, 1971,576 с.

66. Романовский В.И. "Элементарный курс математической статистики"-М.-Л.: ГОНТИ, 1938, 527 с.

67. Крамаренко Л.П. Сопротивление растений перерезанию / В кн. "Теория, конструкция и расчет с.-х. машин". М.-Л.: Машгиз, Т.-2, 1941, 423 с.

68. Желиговский В.А. Экспериментальная теория резанием / Труды МИ-МЭСХ / Вып. № 9, 1940, С. 43-65.

69. Пекур Б.Г. К вопросу о торцевом и наклонном срезе стеблей. Исследования рабочих органов сельскохозяйственных машин. Ростов на Дону. Молот, 1965, С. 48-52.

70. Семенов В.Ф. К обоснованию допустимого отгиба стеблей в режущих аппаратах уборочных машин. Долговечность сельскохозяйственных ма-шин./Сборник докладов. -М.: Машиностроение, 1966, С. 351-359.

71. Рубцов Г.М. "Влияние наклона стеблей роторными измельчителями на качество их работы". /В кн. "Доклады МИИСП", Т. 3, вып. 1, М.: Машиностроение, 1966, С. 79-86.

72. Рубцов Г.М. Исследование технологического процесса роторных измельчителей растений, Автореферат дисс. М.: 1968.

73. Горячкин В.П. /Собрание сочинений/ М.: Сельхозгиз, Т. 1-3,1965.

74. Резник Н.Е. Взаимодействие лезвия с материалом в процессе его резания и износ лезвия. В книге: "Повышение износостойкости и долговечности режущих элементов сельскохозяйственных машин11. Под ред. Н.Е. Резника. - Минск, 1967, С 5-17.

75. Вильверкер Э.Г. "Исследование методов работы комбайновых измельчителей" / Перевод с датского/ Инф. лист. № 6, ВИСХОМ, 1962.

76. Сабликов Н.В. "Исследование процесса резания с ножами саломоси-лосорезок" 7 Труды Ташкентского института МСХ / Выл, № 6, 1957, С 106-149.

77. Пустыгин MA, "Теория и технологический расчет молотильных устройств". -М.: Сельхозгиз, 1948,95 с.

78. Веденяпин Г.В. "Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных" М.: Колос, 1973, С. 5-197.

79. Гутьяр Е.М. "К теории резания стеблей"- М.: Сельхозгиз, 1948, 173 с.

80. Ишлинский А.Ю. "Задача о скорости косьбы злаков", М.: СЕЛЬХОЗМАШИНА, Ш5,1937.

81. Василенко И.Ф. Экспериментальная теория режущих аппаратов жатвенных машин. В кн.: "Теория, конструкция и производство с/х машин" т. 4, -М.-Л., 1936.

82. Василенко И. Ф. "Теория режущих аппаратов жатвенных машин". Труды ВИСХОМа., сб. 5 — М.: 1937, С. 7-114.

83. Скользаев В.А., Липатов А.Б. "Оценка эффективности измельчающей машины и качества массы". //Вестник сельскохозяйственной науки, № 11,-1966.

84. Босой Е.С. Скорость резания стеблей. В кн.: "Теория, конструкция и расчет сельскохозяйственных машин",— М.: Машиностроение, 1978, С. 243-248.

85. Рубцова Н.И., Эльфгат Д.П. и др. Тензометрирование деталей автомобилей. -М.: Машгиз, 1962, 230 с.

86. Хаменко Ю.В., Баженов Е.И. "Скоростная фотосъемка при исследовании рабочих процессов в сельскохозяйственных машинах". // Тракторы и сельскохозяйственные машины, № 12,1964, С. 18-23.

87. Шамаев Г.П., Шеруда С.Д. Механизация защиты сельскохозяйственных культур от вредителей и болезней. Изд. 3-е, -М.: Колос, 1978, 256 с.

88. Нормативно-справочный материал для эксплуатационно-технологической оценки с.-х. техники./ Под редакцией Кирьяновой Н. А/ М.: АграНИИТЭНИТО, 1988, 88 с.

89. Нормативно-справочный материал для экономической оценки с.-х. техники. -М.: АгроНИИТЭНИТО, Часть 1, 1988, 200 с.

90. Нормативно-справочный материал для экономической оценки с.-х. техники- М.-. АгроНИИТЭНИТО, Часть 2, 1988, 126 с.

91. Власов Н. С. "Методика экономической оценки с.-х. техники".- М.: Колос, 1984, 405 с.97. "Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки". ГОСТ 23728-88, ГОСТ 23729-88. -М.: Издательство стандартов, 1989, С. 10.

92. Великанов К. М. "Расчеты экономической эффективности новой техники". Справочник. Изд. 2. Ленинград, Машиностроение, 1989, 446 с.

93. Методы и практика определения эффективности капитальных вложений и новой техники./ Сборник научной информации. №12./ М.: Наука, 1967, С. 167-175.

94. Типовые нормы времени на станочные, слесарные, сварочные и кузнечные работы в сельском хозяйстве. Изд. 2,-М.: Колос, 1977, С. 183.

95. Укрупненные нормативы себестоимости ТО и КР тракторов и автомобилей-М.: ГОСНИТИ, 1982, С. 126.