Совершенствование технологических процессов и технических средств для возделывания картофеля Калимуллин Марат Назипович

Содержание к диссертации

Введение

1 Современное состояние возделывания картофеля. проблемы и задачи исследований 17

1.1 Технологии возделывания картофеля и пути их совершенствования

1.2 Обзор технических средств для возделывания картофеля

1.2.1 Анализ технологии и рабочих органов для разравнивания незерновой части урожая и заделывания ее в почву 31

1.2.2 Анализ уровня развития технологической операции посадки картофеля 39

1.2.3 Способы ботводробления и машины для их осуществления 48

1.3 Выводы, цели и задачи исследования 57

2 Совершенствование технологии возделывания картофеля 60

2.1 Обоснование комплекса агротехнических, технологических и организационных мероприятий по возделыванию картофеля 60

2.2 Оценка организационно-технического уровня построения производственного процесса

2.2.1 Анализ технологических схем построения производственного процесса 67

2.2.2 Оценка организационно-технического уровня производственного процесса 73

2.3 Комплексная оценка эффективности техники и интенсивности механизированных технологий 81

2.4 Научно-обоснованная технологическая карта на возделывание и уборку экологически безопасного картофеля 91

2.5 Выводы по разделу 94

3 Обоснование параметров разравнивателя валков незерновой части урожая 97

3.1 Обоснование размера валков незерновой части урожая для разных культур 100

3.2 Выбор направления движения агрегатов и способов поворотов 106

3.3 Выбор и расчет ширины машинно-тракторного агрегата для заделки незерновой части урожая 110

3.4 Обоснование длины рабочих элементов и угла наклона их относительно валков

3.5 Выбор расстояний между зубьями 114

3.6 Методика проведения полевых исследований

3.6.1 Методика исследования агротехнических показателей работы 129

3.6.2 Методика обработки результатов полевых опытов

3.7 Результаты полевых экспериментальных исследований разравнивателя валков незерновой части урожая 132

3.8 Выводы по разделу 138

4 Теоретические основы исследования взаимодействия ротационного дробителя с ботвой картофеля 139

4.1 Обоснование формы линии рабочего элемента при вращении 139

4.2 Расчет импульса гибкого рабочего элемента при его свободном вращении 142

4.3 Определение сил, моментов, действующих при работе гибких рабочих элементов 145

4.4 Обоснование количества энергии, необходимой на перерубание ботвы

4.4.1 Исследование поперечных колебаний гибкого рабочего элемента 164

4.4.2 Математическая модель крутильных колебаний 170

4.4.3 Анализ продольных колебаний рабочего элемента 173

4.4.4 Совокупное действие колебаний на процесс перерубания ботвы 175

4.4.5 Определение энергии, необходимой для перерубания, с учетом колебательных процессов 1 4.5 Обоснование диаметра поперечного сечения гибкого рабочего элемента 188

4.6 Обоснование режимов работы ботводробителя 193

4.7 Анализ процесса падения срубленной частицы ботвы 197

4.8 Методика проведения лабораторных и полевых исследований 204

4.9 Анализ и оценка процесса, выполняемого ротационным рабочим органом 223

4.10 Выводы по разделу 251

5 Технико-экономические показатели внедрения разработок и предложения производству 253

5.1 Сравнительная оценка технологии возделывания картофеля 253

5.2 Технико-экономическая оценка технологии возделывания картофеля 259

5.3 Предложения производству 266

Общие выводы 268

Литература

• Анализ технологии и рабочих органов для разравнивания незерновой части урожая и заделывания ее в почву
• Оценка организационно-технического уровня построения производственного процесса
• Выбор направления движения агрегатов и способов поворотов
• Определение сил, моментов, действующих при работе гибких рабочих элементов

Введение к работе

Актуальность темы. Главная задача сельхозпроизводства – повысить эффективность всех его отраслей, обеспечить страну как продовольствием, так и сырьем для перерабатывающих промышленностей. Решить эти задачи можно только при выполнении технологического процесса возделывания и переработки сельскохозяйственных культур с использованием прогрессивных технологий на эффективной технике.

За пятнадцать последних лет в нашей стране снизился валовый сбор картофеля в три раза. Чтобы исправить ситуацию, необходимы кардинальные меры, которые должны усовершенствовать структуру посевных площадей, сохранить плодородие почвы, улучшить качество обработки почвы и посевного материала, внедрить прогрессивные технологии возделывания. Удовлетворить потребности населения страны в картофеле возможно при его урожайности около 250 центнеров с гектара, причем достигаться это должно с минимальными затратами ручного труда.

Довольно остро стоит проблема замещения импортной сельскохозяйственной техники. Сейчас абсолютное большинство техники, закупаемой сельхозтоваропроизводителями, зарубежного производства. Еще больше она усугубляется развалом большинства заводов по производству тракторов, комбайнов и сельхоз агрегатов.

Импортная техника в основном значительно превосходит отечественные аналоги по производительности, качество выполнения технологического процесса, экономичности, но является очень дорогостоящими, а также не соответствует особенностям технологии возделывания данной культуры. Это, в свою очередь, заставляет сельскохозяйственных товаропроизводителей закупать весь комплекс средств механизации, предлагаемый зарубежным предприятием, что ставит отечественное сельхозпроизводство в полную зависимость от импорта.

Для решения задачи импортозамещения особое значение приобретает совершенствование существующих технологий и средств механизации возделывания картофеля.

Настоящая работа направлена на решение важной народнохозяйственной проблемы – совершенствование технологии возделывания картофеля совмещением технологических операций и разработка рабочих органов, направленных на достижение высокого экономического результата.

Степень разработанности темы. Решению проблем повышения эффективности технологии возделывания картофеля и модернизации технических средств для выполнения различных ее операций большое внимание уделено в фундаментальных исследованиях и разработках Абдрахманова Р.К., Афериной А.Е., Блинкова И. В., Босого Е.С., Васильева С.H., Верещагина Н.И., Гайнанова Х.С., Герасимова А.А., Глухих Е.А., Горячкина В.П., Гячева Л.В., Дорохова А.П., Заворы В.А., Измайлова А.Ю., Колчина Н.Н., Константинова М.М., Кузнецова А.И., Латыпова Р.М., Лобачевского Я.П., Мазитова Н.К., Макарова П.И., Максимова Л.М., Максимова П.Л., Мартынова В.М., Матяшина Ю.И., Панова И.М., Первушина В.Ф., Петрова Г.Д., Петрягина Г.Д., Писарева Б.А., Постникова Н.М., Пшеченкова К.А., Смирнова И.И., Угланова М.Б., Усольцева С.Ф., Юнусова Г.С. а также многих других отечественных и зарубежных учных.

Несмотря на значительное количество научных изысканий, посвящнных обоснованию различных аспектов процессов подготовки поля, посадки картофеля, измельчения ее ботвы и уборки, вопросы повышения эффективности процессов безножевого срубания ботвы, влияния колебаний на дробление, сниже-

ния металломкости средств механизации, минимизации их вредного воздействия на окружающую среду и на обрабатываемый продукт остаются нерешнны-ми и в настоящее время.

Работа выполнена в соответствии с планами НИОКР Казанского государственного аграрного университета: на 2006-2015 гг.: «Создание комплекса машин для энергосберегающих технологий и поддержания их в исправном состоянии путем выбора оптимальной стратегии технического сервиса».

Кроме того, часть исследований по работе выполнены в рамках финансирования на 2010-2011 гг. Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере. Тема НИОКР: «Исследование ротационного ботвоизмельчителя корнеклубнеплодов», проект «Ротационный ботвоизмельчи-тель корнеклубнеплодов» (контракт №7938/11502 от 16.04.2010).

Также часть исследований по диссертационной работе выполнены в рамках реализации гранта Казанского государственного аграрного университета для поддержки молодых учных на 2014-2015 гг. Тема НИР «Разработка агрегата для уборки корнеклубнеплодов» (договор № 23/14-НИР от 28 апреля 2014г.).

Работа дважды становилась победителем республиканского конкурса «50 лучших инновационных идей для Республики Татарстан» в номинации «Лучшее изобретение года» («Ротационный ботвоизмельчитель корнеклубнеплодов» 2009г., «Способ и устройство для посадки картофеля» 2012 г.).

Цель исследований: повышение эффективности возделывания картофеля путем научного обоснования и разработки технологических приемов и технических средств на основе системного анализа их работы.

Задачи исследований:

1. Проанализировать технологии и средства механизации возделывания
экологически безопасного картофеля, дать их классификацию и определить
перспективные направления повышения их эффективности.

1. Разработать методику системного исследования и анализа технологической эффективности функционирования производственного процесса

2. Исследовать закономерности процесса распределения незерновой части урожая по полю и определить основные конструктивные параметры и режимы работы агрегата для его осуществления.

3. Разработать математическую модель влияния колебаний на кинематику и динамику гибкого рабочего элемента ротационного ботводробителя.

4. Исследовать основные закономерности взаимодействия гибких рабочих элементов с ботвой картофеля и их влияние на уничтожение имаго колорадского жука.

5. Провести экспериментальные исследования разработанных комбинированных агрегатов для подтверждения достоверности результатов теоретических исследований и оценить экономическую эффективность их применения.

Объект исследований – технологический процесс очистки поля от незерновой части урожая, дробления ботвы картофеля и комбинированные агрегаты для их осуществления.

Предмет исследований – закономерности технологических процессов работы комбинированных агрегатов для возделывания картофеля.

Научная новизна работы. Научную новизну составляют:

- перспективные направления повышения эффективности технологии и
средств механизации возделывания экологически безопасного картофеля;

- усовершенствованная путем применения системного подхода технология
возделывания картофеля;

аналитические зависимости процесса разравнивания незерновой части урожая, определение конструктивных параметров и режимов работы комбинированного агрегата;

аналитические зависимости ботводробления от конструктивных параметров, режимов работы и физико-механических свойств ботвы;

математическая модель и результаты экспериментов по уничтожению имаго колорадского жука при дроблении ботвы картофеля комбинированным агрегатом;

результаты теоретических и экспериментальных исследований процессов колебаний при дроблении ботвы и влияние на энергетические показатели разрушения стеблей клубнеплодов;

методика фиксации колебательного процесса путем скоростной видеосъемки;

технические решения высокоэффективных средств очистки поля от незерновой части урожая и предуборочного дробления ботвы, новизна которых подтверждена патентами РФ на изобретения и полезные модели.

Методология и методы исследования. Для решения поставленных задач
применяли дифференциальное и интегральное исчисления; методы

математической статистики, корреляционно-регрессионного анализа.

Результаты теоретических исследований подтверждены экспериментальной
проверкой в лабораторных и производственных условиях. Достоверность
полученных данных обеспечена применением методов математической
обработки и статистического анализа результатов исследований,

многофакторного анализа, лицензионных математических программных пакетов для ПЭВМ: «Statistica-6», «MathLab-14», и «Microsoft Office Excel 2007».

Теоретическая и практическая значимость работы. Заключается в развитии теории безножевого дробления ботвы клубнеплодов ротационными рабочими органами, равномерного распределения и заделки в почву незерновой части урожая. Предложена теоретическая оценка влияния колебаний на процесс дробления ботвы.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований конструктивно-технологических параметров, а также влияния колебаний на процесс дробления и долговечность работы деталей вращения позволяют анализировать существующие и разрабатывать новые технические устройства возделывания картофеля.

Разработанные комбинированные агрегаты для возделывания картофеля выполняют технологический процесс в соответствии с требуемыми стандартами качества. Использование комбинированного агрегата для равномерного распределения и заделки незерновой части урожая позволяет за один проход выполнить важный технологический процесс лущения стерни. Суммарные затраты энергии на процесс ботводробления при использовании разработанных средств механизации в сравнении с установками отечественного и зарубежного производства снижаются в 1,4…1,6 раз, металломкость конструкций разработанных средств механизации в 1,5…2,8 раза. Одновременное дробление ботвы при использовании клубнеуборочных машин с учетом экономии на исключении использования инсектицидов позволяет получить годовой экономический эффект свыше четырехсот миллионов рублей с учетом экономии на химических средствах защиты растений.

Вклад автора в проведнное исследование. Автор является основным

исполнителем данной диссертационной работы. Все диссертационные исследования, которые состоят из обзора существующих технологий и средств механизации возделывания картофеля, постановки проблемы, формулировки научной гипотезы, цели и задач исследований, выявления перспективных направлений повышения эффективности существующих средств механизации возделывания картофеля, теоретического обоснования влияния колебаний на процесс дробления ботвы, разработки опытных установок для равномерного распределения незерновой части урожая по полю и ботводробления, экспериментального подтверждения теоретических предпосылок и выявления оптимальных конструктивно-режимных параметров разработанных установок в лабораторных условиях, внедрения агрегатов в производство, а также определения экономической эффективности использования разработанных средств механизации, выполнены лично автором.

Положения, выносимые на защиту.

1. Научно обоснованные направления развития технологий и средств механизации возделывания картофеля, обеспечивающих повышение ее урожайности

2. Обоснование эффективности технологий и средств механизации по возделыванию экологически безопасного картофеля на основе системного анализа их работы.

3. Аналитические методы определения основных параметров и режимов
работы агрегата для равномерного распределения незерновой части урожая по
полю и заделки ее в почву.

4. Математическая модель колебательного процесса гибкого рабочего элемента и уничтожения колорадского жука.

5. Закономерности технологического процесса взаимодействия гибкого рабочего элемента с ботвой с учетом колебательных процессов.

6. Результаты лабораторных и производственных исследований по опре
делению рациональных конструктивных параметров и режимов работы создан
ных средств механизации для очистки поля от незерновой части урожая, преду
борочном ботводроблении с одновременным уничтожением имаго колорадского
жука и их технико-экономическая эффективность.

Реализация результатов исследований. Реализация исследовательских результатов осуществлена в производственных образцах ротационного дроби-теля ботвы клубнеплодов, которые опробированы и внедрены в ООО СХПК «Кызыл Юл» Балтасинского района РТ, ОАО СХП «Золотой Колос» и ОАО «Перестройка» Лаишевского района, ООО «Ак Барс – Дрожжаное» Дрожжа-новского района, ОАО «Пчелка» Высокогорского района, ООО «Свияга» и ООО «СХП Свияга» Апастовского района, КХ «Земляки» Нижнекамского района, ООО «Бемыжский» Руспублики Удмуртия.

Результаты исследований рассмотрены и одобрены секцией «Научно-технической политики» научно-технического совета (НТС) Министерства сельского хозяйства и продовольствия Республики Татарстан (2015 г.), НТС ФГБОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет» (2015 г.), Учным советом ФГБОУ ВПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия» (2015 г.), Ученым советом ФГБОУ ДПО «Татарский институт переподготовки кадров агробизнеса» (2015 г.) и рекомендованы к внедрению в производство и использованию в учебном процессе ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет» (2016 г.), ФГБОУ ВО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» (2016 г.).

Проведнные исследования позволили сформулировать исходные требования, а также подготовить технические задания и документации на разработку и конструирование комбинированных агрегатов для возделывания экологически безопасного картофеля. На специализированное предприятие по производству сельскохозяйственной техники, а именно ОАО «Агрохимсервис» филиал ООО «Агрохиммаш» г. Казань, переданы результаты исследований по обоснованию конструктивных параметров и режимов работы разработанных агрегатов, а также подготовленные чертежи и техническая документация. По предоставленной документации изготовлены комбинированные агрегаты для дробления ботвы картофеля БИР-4к, посадки картофеля, равномерного распределения и заделки соломы в почву, которые прошли успешные примочные испытания в Поволжской машиноиспытательной станции г. Кинель Самарской области Российской Федерации.

Степень достоверности и апробация результатов работы. Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, обеспечивается корректной постановкой и решением задач с использованием фундаментальных положений теорий удара, резания, колебаний, распределения, обработкой данных экспериментальных исследований общепринятыми методами, используя компьютерную технику, хорошей сходимостью результатов исследований экспериментальных и теоретических.

Основные научные положения и результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на Международных и Всероссийских научно-практических конференциях: Казанского ГАУ (2007-2016 гг), Марийского ГУ (2007-2008, 2011 гг), Казанского ГТУ им.Туполева (2007, 2011 гг), Ижевского ГСХА (2008 г), Чувашской ГСХА (2011, 2016 гг.) ГНУ «Татарский НИИСХ» (2008, 2011 гг), Камской государственной инженерно-экономической академии (филиал в г.Чистополь) (2007-2011 гг), МГАУ им. В.П. Горячкина (2008 г), Пражском доме печати «Знание и наука» (2014 г.), Выездном заседании Бюро секции механизации, электрификации и автоматизации Отделения сельскохозяйственных наук РАН (2015 г.).

Производственный образец ботводробителя экспонировался на международной специализированной выставке «АГРОКОМПЛЕКС: Интерагро. Анимед. Фермер Поволжья» в 2007-2014 гг., а комбинированный агрегат для уборки картофеля на выставке-форуме «Международные Дни поля в Поволжье 2015», где был отмечен дипломом и сертификатом.

Результаты научной и производственной апробации основных положений и итогов проведнных исследований подтверждены соответствующими документами, приведнными в приложении диссертации.

Публикации. По основным положениям диссертационной работы опубликовано 59 печатных работ, в том числе получено 6 патентов РФ на изобретения и полезные модели, 3 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ, издана монография объмом 10,25 п.л., 12 статей опубликованы в перечне изданий, рекомендованных ВАК РФ, в том числе 1 статья опубликована в зарубежном журнале, индексируемом в международной базе данных SCOPUS.

Структура и объм диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы (345 наименований) и приложений. Основное содержание работы изложено на 270 страницах, включая 68 рисунков и 29 таблиц.

Анализ технологии и рабочих органов для разравнивания незерновой части урожая и заделывания ее в почву

В нашей стране производится и потребляется значительные объемы картофеля. России производит около 15% мирового валового сбора картофеля, что соответствует 35 млн.т. Картофель возделывается на площади около 2 млн.га., при средней урожайности 12 т/га [263].

Культура является довольно значимой, что подтверждается величиной и стабильностью спроса. Международный центр по картофелю своими исследованиями выявил, что 50-60% объемов производства картофеля используется в пищевых целях, 25% на нужды животноводства, а 10% оставляют на семена. Объем годового потребления картофеля на человека зависит от многих факторов, одним из которых является уровень жизни. Если в среднем человек в течение года потребляет 115кг картофеля, томинимальные и максимальные значения потребления в различных странах варьируются от 31,6 до 172,6кг. Для полноценного обеспечения населения нашей страны картофелем необходимо до 48 млн.т. валового сбора, для чего необходимо увеличение урожайности на 25%, до 17 т/га. Это возможно реализовать за счт многих мероприятий, в основу которых входят сбалансированное внесение удобрений, применение новейших высокопродуктивных сортов, качественная агротехника, своевременная посадки. Последнее мероприятие, проведенное в наиболее короткие сроки, является одним из основных факторов, который влияет на продуктивность картофеля. Оптимальным сроком начала посадки внезависимости от зоны возделывания, согласно многочисленным исследованиям, является время прогрева почвы до 6…8С на глубине 8…10см. Продолжительность посадки ограничивается десятью днями, так как увеличение этого срока значительно снижает урожайность.

Если картофель возделывается на небольших площадях, то проведение посадки в оптимальные сроки не проблематично. Если сельскохозяйственное предприятие сажает картофель на значительные площади, то возникает проблема наличия необходимого количества тракторов и сельскохозяйственных машин и агрегатов для проведения различных технологических операций, как предпосадочная подготовка почвы, посадка, уборка, различия ширины захвата и конструкции картофелесажалок, рациональной организации работ и использования необходимой для данных условий технологии подготовки семенных клубней.

Качество посадки — это комплексный показатель, который определяется: – отсутствием пропусков и сдвоек, что зависит от выровненности размеров посадочных клубней и наличия ростков и гнили на клубнях); – равномерностью глубины заделки клубней, значение которой для суглинистых почв находится в пределах 6…8см, для супесчаных – в пределах 10…12см; – обеспечением заданной густоты посадок картофеля, значение которого изменяется в зависимости от его предназначения; – прямолинейностью рядков с невысокими гребнями в форме овала с нетронутой почвой между рядками полос шириной 30…35см, которая необходима для дальнейшего увеличения высоты гребней во время междурядной обработки.

Степень равномерности раскладки клубней в рядке, который является одним из важнейших показателей качества посадки, должна быть не меньше 60%. Кроме этого показателя, наравне с пропусками, на равномерность заделки влияет равенство размеров семенных клубней. Это объясняется тем, что сажалка заделывает мелкие клубни глубже, чем крупные, что в дальнейшем приводит к неравномерности всходов и дополнительным сложностям довсходовой обработки. Если весна холодная и дождливая, то большинство глубже посаженных мелких клубней не взойдут. В основном в нашей стране картофель сажают гребневым способом с междурядьем 70см, а хозяйства, использующие западноевропейский или самарский комплекс машин с междурядьем 75см. Ранее посадку картофеля осуществляли только отечественными машинами с высаживающими аппаратами дисково-ложечного типа (таблица 1.1): – навесной четырехрядной СН-4Б, который сейчас выпускает завод «Белинсксельмаш» под названием «Крот»; – полуприцепной четырехрядной КСМ-4 и его модификациями, высаживающие картофель в гребни, в которые были внесены минеральные удобрения; – шестирядной КСМ-6; – в качестве эксперимента восьмирядной сажалкой КСМ-8.

Оценка организационно-технического уровня построения производственного процесса

Индустриальная технология возделывания картофеля базируется на максимальной механизации процессов его посадки, выращивания и уборки, на прогрессивной организации труда и обеспечивает получение стабильных урожаев не менее 200-250 центнеров с гектара с затратами труда не более 1 чел.-часа на центнер продукции [64].

Основные приемы сводятся к следующему [70]:

- внесение органических удобрений в севообороте осенью; - послойная обработка почвы; - нарезка гребней с одновременным внесением минеральных удобрений; - посадка картофеля в предварительно нарезанные гребни; - использование двух - и трехъярусных стрельчатых лап, а также ротационных рабочих органов конструкции НИИКХ; - применение системы агротехнических, профилактических и истребительных мер борьбы с вредителями и болезнями.

В нашей стране действует система семеноводства, согласно которой хозяйствам для сортообновления и сортосмены рекомендуется ежегодно приобретать исходный семенной материал-элиту из расчета не менее 5 тонн на 100 га посадок. На каждые 100 га посадок необходимо закладывать питомники размножения и семенные участки в следующих объемах: 1 год питомник размножения 1-го года – 1,2 га (посадка клубнями элиты); 2 год питомник размножения 2-го года – 4,3 га (посадка клубнями 1-ой репродукции); 3 год – семенной участок – 20 га посадка клубнями 2-ой репродукции; 4 год товарные посадки – 74 га (посадка клубнями 3-ей репродукции). Такая система семеноводства позволяет каждому хозяйству выращивать на семенные цели клубни только высших репродукций, которые по сравнению с посадочным материалом отдаленных репродукций обеспечивают повышение урожайности минимум на 15-25%.

Органические удобрения (навоз и компосты) на дерново-подзолистых почвах наибольший эффект дают при внесении непосредственно под картофель по 60-80 т/га. На тяжелых суглинистых почвах их вносят осенью под зяблевую вспашку или под предшествующую культуру [198].

Лучшее соотношение азота, фосфора, калия на минеральных почвах 1:1, 2:1, 5:1, 2:1,6. Для обеспечения хорошего качества и сохранности картофеля нельзя допускать одностороннего азотного или азотно-калиевого питания. Внесение минеральных удобрений должно быть сбалансированным. Доза азота на минеральных почвах не должна превышать 100-120 кг/га. Избыток азота отрицательно сказывается на растениях: замедляется клубнеобразование, ботва сильнее поражается фитофторой и заселяется колорадским жуком, клубни не дозревают и значительнее повреждаются при уборке [112].

Картофель нуждается также в магнии (40-60 кг/га), в боре (3 кг/га), меди (4 кг/га). На дерново-подзолистых почвах картофель хорошо удается после многолетних трав. Во избежание возможного избытка азота после подъема пласта клевера, люцерны, необходимо увеличить расчетные дозы фосфора и калия на 30-40 кг/га. При размещении картофеля по озимым, идущим по занятым парам, дозу азота увеличивают на 20-30 кг/га.

Если под картофель навоз не вносили, то расчетные дозы азотных удобрений увеличивают на 30 кг/га, фосфорных на 30-50 кг/га, калийных на 60-90 кг/га.

Основная обработка под картофель проводится в зависимости от свойств почвы, засоренности полей, метеорологических условий.

Поля, засоренные корнеотпрысковыми сорняками, после уборки стерневых предшественников лущат лемешными лущильщиками, а также плоскорезами на глубину 10-14 см. Для более полного уничтожения корнеотпрысковых сорняков до зяблевой вспашки поле необходимо обработать гербицидом 2,4Д-аминная соль в дозе 1,5-2,0 кг/га действующего вещества или 2М-4Х в дозе 1,3-2,0 кг/га.

Пласт многолетних трав предварительно дискуют в двух направлениях, затем пашут плугами с предплужниками на глубину пахотного слоя не позднее конца августа месяца.

Предпосевная обработка начинается с весеннего боронования зяби зубовыми боронами в два следа. На уплотненных суглинистых почвах для закрытия влаги целесообразно проводить мелкую культивацию или лущение на 5-6 см с одновременным боронованием. Дальнейшую предпосевную обработку проводят дифференцированно в зависимости от механического состава почвы.

Обработку суглинистых почв послойно в два срока, по мере поспевания разных слоев почвы. Сначала проводят культивацию на глубину 10-14 см культиваторами типа КПС-4 или КПЭ-3,8 с одновременным боронованием, а через 3-5 дней – глубокую перепашку на 27-30 см плугами с почвоуглубителями. Такая послойная обработка суглинистых почв в два срока обеспечивает глубокоразрыхленную пашню. При необходимости перед нарезкой гребней почву дополнительно рыхлят комбинированным почво образующим агрегатом РВК-3,6 или фрезерными культиваторами КФГ-3,6 [72, 73].

Выбор направления движения агрегатов и способов поворотов

Как известно, в термодинамике важнейшим параметром состояния системы является энтропия, которая характеризует направление протекания самопроизвольных процессов в замкнутой системе, т.е. она выступает в качестве критерия направления протекания в изолированной системе реальных процессов, а ее приращение - мерой их необратимости.

Характер реализации конкретного варианта технологической схемы производства и уровень рациональности ее построения также определяет степень неизбежных потерь производительности или объема производства продукции в единицу времени функционирования рабочих машин, т.е. отражают уровень потерь полезной наработки технических средств. В качестве обобщающего показателя количественной оценки величины этих потерь, по аналогии со вторым началом термодинамики, может быть принята энтропия технико-экономического состояния системы элементов производственного процесса. Поэтому на основании такой аналогии с выражением для энтропии идеального газа можно записать Sv=ju-ln - . (2.20) сТр

Таким образом, энтропия процесса производства отражает уровень потерь в процессе функционирования средств механизации и организационно-техническое совершенство построения технологической схемы производства, величина которой зависит как от степени использования времени работы машин, так и от соотношения уровня затрат труда и средств. Причем, с увеличением фондоемкости продукции (выполненной работы) энтропия процесса также возрастает.

Как известно, энтропия процесса функционирования системы представляет собой сумму энтропии отдельных составляющих ее элементов: п п п WCpn = 2Х- С = ЦСг ѫР=ЦСпрг 2=1 2=1 2=1 Следовательно, при составлении комплекса из однооперационных машин энтропия производственного процесса возрастает пропорционально их количеству, а суммарная выработка остается на уровне производительности отдельного элемента.

Поскольку коэффициент ju в уравнении технико-экономического состояния процесса производства (2.19) отражает логическую связь между суммарной стоимостью произведенной продукции, единовременными затратами предметов и на оплату живого труда, то он может быть принят в качестве главного критерия оценки эффективности функционирования средств механизации рассматриваемой системы: W сТ //= р р (2.21) WcpHcnpT4

Из уравнения (2.21) следует, что рассматриваемый показатель характеризует организационно-технический уровень построения производственного процесса, обобщающим параметром которого выступает отношение Тр/Тц - степень полезного использования машинного времени. Причем, величина этого показателя будет тем выше, чем больше отличается часовая производительность от нормативной, ниже капиталоемкость процесса и лучше используется время работы машин.

Полученный показатель эффективности построения механизированного производственного процесса косвенно отражает и уровень прогрессивности новых технических средств производства, так как учитывает превышение степени сокращения живого труда над темпом увеличения прошлого труда, т.е. учитывает тенденции сокращения затрат общего количества труда.

С целью проверки эффективности использования полученных критериев оценки степени совершенства построения технологических процессов и используемых при этом технических средств были обработаны результаты исследований ряда авторов по выполнению конкретных рабочих процессов однооперационными (существующими и перспективными), а также комбинированными агрегатами [51, 56].

Показатели эффективности функционирования технических средств и энтропии производственного процесса оказались достаточно чувствительными критериями. Так, при оценке рабочего процесса только по величине приведенных затрат возможны случаи, когда функционирование менее совершенных технических средств может сопровождаться и меньшими значениями общественно необходимых затрат, что приведет к явно ошибочным выводам. Тогда как для этих же вариантов технологических схем показатели эффективности процесса и его энтропии более точно отражает реальный процесс (S2=0.537 0.435; pu=1.087 1.098; ju2=0.515 0.865). Следовательно, полученные критерии объективно отражают технико-экономические особенности реального процесса, выступают в качестве универсальных показателей оценки организационно-технического уровня производства, а также рациональности выбранной технологической схемы его функционирования.

Определение сил, моментов, действующих при работе гибких рабочих элементов

Соломины в валке отличаются друг от друга как длиной, так и расположением относительно оси валка. При определении расстояний между зубьями граблин это необходимо учитывать по следующим признакам. При больших расстояниях между зубьями через них будут проскальзывать как короткие соломины, так и длинные, расположенные под таким углом к оси валка, что проекция их длины на ось валка меньше расстояния между зубьями. При малых расстояниях между зубьями ухудшается соскальзывание с них соломин, происходит забивание граблин, нарушается процесс работы агрегата, что требуется периодическая остановка агрегата для очистки граблин от соломы. Отметим также нежелательное увеличение веса граблин, приводящее к дополнительной нагрузке на механизмы крепления.

Во многих случаях анализа явлений, в которых участвуют величины, имеющие статистические характеристики, простейший вариант анализа можно провести, используя средние значения этих величин. В нашем случае это будет заведомо неверно, так как нам при известной средней длине соломин надо определить такую минимальную их длину и такой максимальный угол отклонения от оси валка, при которых доля проскальзывающих соломин будет мала. Для этого необходимо учитывать законы распределения соломин как по длине, так и по углу отклонения их положения оси валка.

Пусть x - длина соломин, – угол отклонения их от оси валка. Для каждой соломины величины (, x) могут принимать различные значения, т.е. являются случайными величинами. Поэтому необходимо установить закон распределения двухмерной случайной величины f(, x), показывающий как часто встречаются те или иные значения и x в валке. Угол может меняться в обе стороны от оси валка. Длина соломин x меняется от некоторого минимального значения до некоторого максимального. Но эти предельные величины сильно меняются в зависимости от различных факторов. Поэтому будем считать в дальнейшем, что - /2 /2, 0 x . (3.12) Для функции f(, x) должно выполняться условие нормировки = 1, (3.13) где – область, указанная в (3.12). Будем считать, что величины и x практически не зависят друг от друга. Тогда закон распределения можно представить в виде произведения двух одномерных законов распределения f(, x) = f1() f2(x). (3.14) В этом случае условие нормировки (1.2) дает , (3.15) Т.е. распадается на условия нормировки для каждой из функций , (3.16) . (3.17) 116 Далее произведем подбор распределения углов отклонения соломин в валке от оси валка.

Предположим, что распределение углов отклонения соломин от оси валка симметрично по обе стороны оси. Для функции распределения углов отклонения соломины от оси валка используем два варианта: 1) в виде параболы, как простейшей симметричной кривой распределения; 2) в виде нормального распределения.

Пусть – угол отклонения соломины от оси валка. Этот угол может меняться в пределах от - /2 до /2. Рассмотрим вариант распределения углов отклонения соломины от оси валка в виде параболы. Учитывая симметрию распределения относительно оси валка, вершина параболы должна быть при значении = 0. Тогда функция распределения имеет вид . (3.18) Предположим, что перпендикулярно расположенные соломины практически отсутствуют, т.е. f( = ± /2) = 0. Тогда b = ( /2)2. Используя условие нормировки получим a = 6/ 3. Подставив a и b, окончательно получим . (3.19) Ниже приведены таблица 3.2 и график (рисунок 3.7) данной функции распределения. В качестве значений углов взяты значения, кратные /20. В последней колонке таблицы показана доля соломин (общее количество соломин принято за единицу), лежащих в пределах углов (-, +). Из нее видно, что в пределах ( -8/20, +8/20) лежат 94,4% всех соломин. Рассмотрим вариант распределения углов отклонения соломины от оси валка с использованием нормального распределения.