Введение к работе
Актуальность темы. Государственной программой возрождения и развития села на 2005-2010 годы предусмотрено к 2010 году довести площади под картофель до 90 тысяч гектаров и получить среднюю урожайность 22,5 т/га Успешное решение этой задачи невозможно без последовательных и комплексных мероприятий по совершенствованию применяемых машинных технологий производства картофеля
В Республике Беларусь около 30% картофеля возделывается на почвах, засоренных камнями В Гродненской области при общей засоренности почв камнями 64,6% возделывание картофеля на них превышает 80%
Одной из трудоемких операций при производстве картофеля является его послеуборочная обработка на которую приходится до 30% затрат труда
Современные картофелеуборочные комбайны не обеспечивают полного отделения примесей в виде соразмерных с клубнями прочных почвенных комков и камней, а попытки применения для отделения этих примесей рентгеновских лучей не нашли практического применения из-за сложностей по обеспечению экологической безопасности
По данным ГУ «Белорусская МИС» удельная трудоемкость сортирования картофельного вороха на серийном картофелесортировальном пункте типа КСП-25 (ПКСП-25) составляет 0,35 1,28 чел ч на тонну, причем большая ее часть приходится на послеуборочную обработку картофельного вороха, полученного после комбайновой уборки картофеля, выращенного на почвах засоренных камнями
На картофелесортировальных пунктах отделение соразмерных с клубнями примесей в виде прочных почвенных комков и камней осуществляется вручную (8 12 чел переборщиков) Напряженность труда, внешняя схожесть компонентов с клубнями картофеля приводят к тому, что часть примесей попадает в отсортированные фракции картофеля Это отрицательно влияет на качество продукции
За рубежом также пока не создано достаточно работоспособного технологического оборудования для механизированного отделения соразмерных с клубнями примесей, чтобы применить его на картофелесортировальных пунктах
В связи с изложенным, повышение эффективности сортирования клубней картофеля обоснованием параметров устройства для отделения примесей является актуальной задачей
Связь работы с крупными научными программами. Диссертационная работа выполнена в Гродненском государственном аграрном университете (УО «ГТАУ») на кафедре механизации сельскохозяйственного производства в соответствии с планом научно-исследовательских работ УО «ГТАУ» на 1998-2003 гг, 2003-2007 гг по теме «Оптимизация технологических процессов сельскохозяйственных машин с применением микроэлектроники»
Цель и задачи исследования. Целью исследований является повышение эффективности сортирования клубней картофеля выращенного на засоренных камнями почвах и поступающего от картофелеуборочных комбайнов, обоснованием параметров устройства для отделения примесей
В задачи исследований входило
выполнить анализ существующих технологий и технических средств для разделения компонентов картофельного вороха, получаемого после комбайновой уборки с полей засоренных камнями, изучить состав и массо-размерные характеристики современных сортов картофеля,
теоретически исследовать и обосновать технологические, конструктивные и кинематические параметры устройства для отделения примесей от клубней,
разработать методику расчета и проектирования устройства, обосновать схему, определить основные параметры и режимы работы, разработать макетный образец,
провести лабораторные и производственные испытания устройства и определить его экономическую эффективность
Объект и предмет исследования Объект исследования - экспериментальное устройство для отделения примесей в виде соразмерных с клубнями прочных почвенных комков и камней при сортировании картофеля после комбайновой уборки
Предмет исследования - компоненты картофельного вороха возделываемых в Республике Беларусь сортов картофеля, выращенного на засоренных камнями почвах и убранного картофелеуборочными комбайнами, процесс отделения примесей из картофельного вороха с использованием электронно-механического исполнительного механизма, закономерности протекания его в зависимости от конструктивных и кинематических параметров устройства
Гипотеза. Возможность снижения себестоимости и улучшения качества картофеля повышением эффективности сортирования клубней на сортировальных пунктах с устройством для отделения почвенных комков и камней
Методология и методы проведения исследований. Работа выполнена на основе принципов системного подхода с использованием теоретического, экспериментального и экспериментально-теоретического методов исследований Эксперименты проводились в лабораторных условиях с использованием макетных и опытных образцов разработанных устройств и обработки полученных результатов с помощью математической статистики с использованием пакетов прикладных программ на ЭВМ
Научная новизна полученных результатов. Доказана возможность идентификации компонентов картофельного вороха (клубней, комков, камней), убранного картофелеуборочными комбайнами с засоренных камнями полей, определения устройством фактических значений массо-размерных характеристик (критерия распознавания) каждого компонента вороха при перемещении его в зафиксированном состоянии в одноканальном потоке и сопоставления фактических значений характеристик каждого компонента с нормируемыми значениями критерия.
Выполнен статистический анализ массо-размерных характеристик клубней современных сортов картофеля, возделываемых в республике, определен критерий идентификации компонентов картофельного вороха в технологическом процессе отделения комков и камней при их перемещении зажимным транспортером в устройстве для отделения соразмерных с клубнями примесей
Теоретически и экспериментально обоснованы основные конструктивные и кинематические параметры электронно-механического устройства для отделения примесей из картофельного вороха
Практическая и экономическая значимость полученных результатов.
Обоснована технологическая схема, основные параметры и режимы работы опытного образца устройства для отделения примесей от клубней, которое использовано при модернизации серийного картофелесортировального пункта Применение электронно-механического устройства для отделения примесей из картофельного вороха позволяет в сравнении с серийным пунктом КСП-25 снизить затраты труда на 1250 чел ч (55,6%) в год, уменьшить прямые затраты на 98,8%, приведенные затраты увеличатся на 2,7%, получить годовой экономический эффект в 1040 у е на один комплект оборудования при сроке окупаемости дополнительных капиталовложений 3,7 года Прогнозируемый годовой экономический эффект на полный объем внедрения в Беларуси разработанного устройства составит 519720 у е
Результаты экспериментальных исследований приняты к использованию УП «СКТБ МСХ НАН Беларуси», РУПП «Бобруйскагромаш», ОАО «Лидсель-маш» для модернизации выпускаемых и разрабатываемых картофелесортиро-вальных пунктов, а также используются в учебном процессе Гродненского государственного аграрного университета
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
- математическая модель, описывающая технологический процесс отделения примесей от клубней картофеля,
-расчетные формулы, определяющие основные параметры конструкции и режимы работы элементов устройства с учетом минимизации погрешности измерения и критерия разделения компонентов по массо-размерным характеристикам,
-конструктивные и технологические параметры элементов устройства для разделения картофельного вороха современных сортов картофеля с учетом минимизации погрешностей,
—критерий идентификации (разделения) компонентов картофельного вороха после комбайновой уборки на основе размерных характеристик возделываемых сортов картофеля,
-конструктивно-технологическая схема устройства для отделения почвенных комков и камней к картофелесортировальному пункту
Личный вклад соискателя заключается в самостоятельном выполнении теоретических и экспериментальных исследований, разработке аналитических зависимостей, разработке конструкции устройства для отделения примесей из картофельного вороха, обработке и анализе полученных результатов, проведении модернизации картофелесортировального пункта и проверки в условиях хозяйства, экономическом обосновании эффективности применения устройства при модернизации КСП-25
Апробация результатов диссертации. Основные положения диссертации доложены и одобрены на международных научно-технических конференциях в Белорусской инженерной академии (г Гомель - 2000 г ) «Современные проблемы машиноведения», посвященной 105-летию со дня рождения ПО Сухого», в БГСХА (г Горки - 2000г) «Актуальные проблемы механизации сельскохозяйственного производства», на научно-практических конференциях в ГСХИ (г Гродно - 2000 г) «Наука - производству», в БелНИИ картофелеводства (г Минск - 2000
г) «Новое в семеноводстве картофеля», на четвертой международной научно-практической конференции «Наука - производству», посвященной 50-летию ГТАУ (г Гродно - 2001 г), в ГГАУ (г Гродно - 2002 г) на 5-ой научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава «Наука - производству», в БГАТУ (г Минск - 2002 г ) на 3-й международной научно-технической конференции (Моделирование сельскохозяйственных процессов и машин», на международных научно-практических конференциях Гродненского государственного аграрного университета в УО «ГТАУ» (г Гродно - 2003 - 2005 гг) на международной научно-технической конференции в УО «БГАТУ», (г Минск - 2005 г) «Обоснование производительности картофелесортировального пункта с электронно-механическим отделителем примесей»
Опубликованность результатов. Основные положения диссертации изложены в 28 публикациях, в т ч в 22 статьях в сборниках и рецензируемых журналах (включая международные) общим объемом 160 стр , в 3 тезисах научно-практических и научно-технических конференций, одном патенте РБ на полезную модель № 638 (2002 г), одном патенте РБ на изобретение № 5489 (2003 г)
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, четырех глав, общих выводов, списка использованных источников литературы в количестве 190 наименований, из них 19 на иностранных языках, и 20 приложений Объем диссертации без списка использованных источников и приложений составляет 136 стр Общий объем диссертации составляет 200 стр машинописного текста В диссертации приведены 54 рисунка и 33 таблицы
