Введение к работе
Актуальность. Картофель является одной из важнейших продовольственных и сырьевых культур. Его производством занимаются более 140 стран мира. В 1994 году мировой сбор "второго хлеба" составил 265.4 млн. тонн с площади 18,2 млн. га при средней урожайности 14.6 т/га. Россия в это же время с площади 3,3 млн. га собрала 33.8 млн. тонн картофеля (средняя урожайность 10,2 т/га).
Производство картофеля связано с большими энерго- и трудозатратами. При этом от 60 до 70% всех трудозатрат приходится на заключительную стадию всего процесса - уборку урожая. Основная трудность заключается в том, что для сбора урожая картофеля необходимо поднимать значительный по объему и массе пласт почвы и выделять из него с минимальными повреждениями клубни, доля которых незначительна и составляет не более 2%. Поэтому качество работы картофелеуборочных машин, особенно комбайнов, в значительной степени зависит от процесса подкапывания, то есть от совершенства подкапывающих органов.. Уровень комбайновой уборки картофеля не поднимался выше 5955 (1992 год). В развитых странах Западной Европы и США данный показатель почти в 1,5 раза выше.
Применение комбайнов позволяет сократить в 3 - 5 раз затраты труда при уборке картофеля, снизить почти на 30 потери урожая.
В настоящее время парк картофелеуборочных комбайнов в нашей стране постепенно сокращается. В Рязанской области число таких машин уменьшилось на 22 за один 1995 год, а по России - на 12.5!? в 1994 году.
Картофелеводство - одна из энергоемких отраслей сельского хозяйства (энергозатраты на возделывание картофеля составляют 67-70 тыс. МДж/га. зерновых - 12-16 тыс. МДж/га). Известно, что снижение этого показателя во многом определяется научно-техническим прогрессом. Новые технологии и технические решения должны обеспечивать -уменьшение материале- и энергоемкости средств механизации сельскохозяйственного производства при одновременном повышении их производительности и качества работы.
Известно,' что сокращение материалоемкости конструкции на 1 уменьшает энергоемкость выполняемого процесса на 1.2. Исследовано влияние технологических и технических решений на затраты энергии при возделывании, картофеля у нас в стране, в передовых странах Европы и США. Установлено, что. несмотря на имеющиеся различия в технологиях и комплексах машин, затраты энергии на единицу
площади отличаются несущественно и разница не превышает 4-5%. Но в связи с низкой урожайностью картофеля энергозатраты на единицу получаемого продукта в Российской Федерации в 1,6-2,2 раза выше, чем в передовых странах.
Представляет интерес сопоставление энергозатрат на выполнение основных операций в процессе производства картофеля.
По данным западных ученых затраты энергии на почвообработку составляют 30-35% от общих затрат энергии, на посадку - 8-10 и на механизированную уборку - 50-60*, из которых третья часть приходится на долю подкапывающих органов. Учитывая, что механизированная уборка урожая составляет наибольшую долю в общем балансе трудо- и энергозатрат на производство картофеля, реализация вопросов совершенствования технологического процесса и энергосбережения применяемых «ашин должна осуществляться посредством улучшения прежде всего именно этой технологической операции и технических средств для ее выполнения. Подкапывающие рабочие органы находятся в начале технологического цикла. Их конструкция и параметры определяют загрузку других рабочих органов. На них приходится до 30% всех энергозатрат картофелеуборочных комбайнов (таблица 1).
В связи с этим и возникла потребность в работах по дальнейшему повышению уровня'приемной части современных, разработке новых подкапывающих органов картофелеуборочных машин, работающих качественно и с меньшими затратами энергии.
В работе изложены научно обоснованные технические и техноло
гические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в
ускорение научно-технического прогресса в создании новой картофе
леуборочной техники. Поэтому тема данной диссертации, посвященная
разработке механико-технолого-энергетических основ проектирования
рабочих органов машин для уборки картофеля, является актуальной и
имеющей важное народохозяйственное значение. Последнее состоит в
совершенствовании технологического процесса и создании подкапыва
ющих рабочих органов и картофелеуборочных машин, обеспечивающих
снижение затрат труда, энергии,'значительно'повышающих качество и
количество убираемого продукта, '" что в конечном ' итоге ведет к
уменьшению себестоимости урожая, и улучшению экологии окружающей
среды. -.- ,
Исследования проводились в соответствии с государственной научно-технической программой 0.51.17'(картофель) и являлись " сое-
тавной частью научно-исследовательской работы РГСХА по теме:
"3. Разработка способов и средств для комплексной механизации растениеводства и животноводства.
Раздел 3.1. Усовершенствование средств механизации технологических процессов уборки картофеля и зерновых."
Тема и содержание диссертации соответствуют требованиям Федерального Закона РФ "Об энергосбережении" от 03.04.96r.N28- Цель работы. Обосновать, разработать и внедрить подкапывающие органы машин для уборки картофеля, обеспечивающие высокоэффективные экономические показатели работы при снижении энергетических затрат на основе математического моделирования, имитирующего взаимосвязь рабочих органов в процессе качественного выполнения ими технологического функционирования. Объекты исследований. Конструктивно-технологические схемы картофелеуборочных машин и рабочих органов, математические модели, имитирующие взаимосвязь рабочих органов в процессе выполнения ими технологического функционирования, экспериментальные установки, макеты и опытные образцы техники для уборки картофеля. Методы исследований. Теоретические исследования проведены с использованием механико-математического моделирования технологического процесса, выполняемого картофелеуборочной машиной. При анализе моделей применялись методы математической статистики и теории вероятностей с решением уравнений на ЭВМ. Экспериментальные исследования выполнены с использованием отраслевых и частных методик, применением теории планирования многофакторного эксперимента, тензометрирования. При обработке экспериментальных данных на ЭВМ осуществлялись методы регрессионного анализа: Научную новизну работы представляют: анализ энергозатрат в картофелеуборочном комбайне и установление операции технологического процесса, определяющей рациональную загрузку и минимальную энергоемкость уборки урожая; обоснование новых комбинированных подкапывающих рабочих органов, рационально выполняющих операцию подкопа картофельных гряд и передачу массы на сепарирующие рабочие органы со сниженными энергозатратами; . теоретическое и экспериментальное обоснование параметров элементов комбинированных подкапывающих рабочих органов и их кинематических и динамических характеристик; аналитические зависимости, определяющие параметры новых рабочих органов. Новизна обоснованных в ходе исследования рабочих органов машин для уборки картофеля защищена авторскими .свидетельствами и патентами России. Практическую ценность диссертации представляют: новые подкапывающие органы машин для уборки картофеля; инженерные методы расчета параметров приемной части картофелеуборочных машин; методика анализа энергетических затрат в технологическом процессе возделывания картофеля; энергетическая оценка операций современных технологий; результаты общего анализа энергетических затрат в рабочем процессе картофелеуборочных машин; результаты анализа энергетических затрат при работе подкапывающих органов методом имитационного моделирования. Экономия топлива составляла до 17.7% от его количества, расходуемого за сезон одним картофелеуборочным агрегатом. Реализация результатов исследований. Материалы исследований переданы в АООТ ГСКБ по машинам для возделывания и уборки картофеля. АО "Фирма Комбайн" и использованы при разработке новых картофелеуборочных машин. Экспериментальными машинами, в которых использованы результаты наших исследований, убран картофель на территории Рязанской области с площади около 2500 га. Государственным комитетом РСФСР по производственно-техническому обеспечению сельского хозяйства 24.07.84г. принято решение об использовании нашей разработки при уборке урожая. Материалы исследований используются в учебном процессе факультета механизации РГСХА. s Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и обсуждены на: научных конференциях профессорско-преподавательского состава. научных работников и аспирантов РГСХА им. проф. П.А.Костычева (1980-1996 гг), Санкт-Петербургского государственного аграрного университета (1980г.. 1995г.. 1996г..1997г.); научно-техническом совете ГСКБ по машинам для возделывания и уборки картофеля (г.Рязань. 1985г., 1996г.): республиканской научно-практической конференции (г.Казань, 1990г.); техническом совете АО "Рязаньагроснаб" (1997г.); секции НТС АО "ВИСХОМ" (1997г.).* Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы пятьдесят четыре печатные работы, из них 27 - основные, в том числе монография, получено три авторских свидетельства и два патента. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы и приложения. Общий объем 303 страницы, кроме того - 61 приложение. Диссертация включает 71 рисунок, 28 таблиц, список литературы содержит 226 наименований. В приложениях приведены документы о внедрении, производственной проверке результатов работы и апробации,, копии авторских свидетельств и патентов. На защиту выносятся результаты, перечисленные выше в рубриках "Научная новизна работы",- "Практическая ценность диссертации" и "Реализация результатов исследований".Похожие диссертации на Основы совершенствования технологического процесса и снижения энергозатрат картофелеуборочных машин
