Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Состояние вопроса. Задачи исследований 12
1.1. Анализ современных технологий и средств механизированной уборки картофеля 12
1.2. Анализ процесса сепарации и технологических схем картофелеуборочных машин, эксплуатирующихся в хозяйствах Российской Федерации 14
1.3. Анализ конструктивных особенностей и параметров сепарирующих горок 37
1.4. Задачи исследований 54
1.5. Выводы 55
ГЛАВА 2. Теоретические исследования рабочего органа выносной сепарации 56
2.1. Описание конструкции сепарирующего рабочего органа 56
2.2. Анализ условий и принципов разделения компонентов органами вторичной сепарации 60 2.3 Обоснование конструктивных параметров сепарирующего рабочего органа 68
2.4. Выводы 82
ГЛАВА 3. Лабораторные исследования эффективности функционирования усовершенствованного органа выносной сепарации картофелеуборочных машин 84
3.1. Программа лабораторных исследований 84
3.2. Объект исследований и применяемое оборудование .84
3.3. Методика лабораторных исследований и обработки опытных данных .89
3.4. Результаты исследований эффективности функционирования органа выносной сепарации с лопастным отбойным валиком (усовершенствованным клубнеотражателем) .100
3.5. Выводы 105
ГЛАВА 4. Полевые исследования эффективности функционирования картофелеуборочных машин с усовершенствованным органом выносной сепарации 106
4.1. Исследования физико-механических свойств культуры картофеля 107
4.1.1. Объект исследований физико-механических свойств культуры картофеля 107
4.1.2. Методика исследований физико-механических свойств культуры картофеля 107
4.1.3. Результаты исследований физико-механических свойств культуры картофеля на поле .112
4.2. Полевые исследования и испытания картофелеуборочных машин 114
4.2.1. Методика проведения исследований 117
4.2.2. Результаты исследований и хозяйственных испытаний эффективности функционирования картофелеуборочных машин 121
4.3. Выводы .122
ГЛАВА 5. Технико-экономическая эффективность применения сепарирующей горки с лопастным отбойным валиком на картофелеуборочных машинах 123
5.1. Стоимость изготовления и модернизации устройств 123
5.2. Экономический эффект от снижения эксплуатационных затрат .126
5.3. Экономический эффект от снижения повреждений и потерь клубней .131
5.4. Выводы 132
Общие выводы .134
Библиографический список 136
Приложения 153
- Анализ процесса сепарации и технологических схем картофелеуборочных машин, эксплуатирующихся в хозяйствах Российской Федерации
- Обоснование конструктивных параметров сепарирующего рабочего органа
- Результаты исследований эффективности функционирования органа выносной сепарации с лопастным отбойным валиком (усовершенствованным клубнеотражателем)
- Результаты исследований и хозяйственных испытаний эффективности функционирования картофелеуборочных машин
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Производство картофеля с использованием машинных технологий является перспективным направлением развития мирового агропромышленного комплекса. Основные трудо- и энергозатраты (до 60% и более) за период возделывания приходятся на уборку урожая. В Российской Федерации наибольшее распространение получила поточная технология уборки с применением картофелеуборочных комбайнов и транспортных средств. Из-за сложных почвенно-климатических условий России машины не обеспечивают полного выполнения агротехнических требований. В результате потери и повреждения клубней оказываются достаточно велики. Все это сказывается на ухудшении товарности продукции и, как следствие, снижении стоимости ее реализации. Снижение потерь и повреждений клубней возможно за счет применения новых машинных технологий и сельскохозяйственной техники, отвечающей агротехническим требованиям, предъявляемым к уборочным машинам.
Одним из наиболее актуальных направлений совершенствования средств
механизации, предназначенных для уборки картофеля, является
совершенствование сепарирующих рабочих органов картофелеуборочных машин, в частности, органов выносной сепарации.
Сепарирующие горки являются основными органами выносной сепарации в технологических схемах большинства картофелеуборочных комбайнов. Однако практически ни одна из существующих конструкций сепарирующих горок не обеспечивает достаточно полного выполнения агротехнических требований, что подтверждено результатами испытаний. Поэтому необходимо дальнейшее их совершенствование и разработка клубнесбрасывающих устройств, которые соответствовали бы требованиям максимальной производительности при низких значениях повреждений и потерь корнеклубнеплодов и высокой чистоте клубней в таре, что является важной народнохозяйственной задачей.
Степень разработанности темы. Систематизация и критический анализ материалов по тематике исследования проведены на основании работ известных ученых: Н.В. Бышова, С.Н. Борычева, П.М. Василенко, Н.И. Верещагина, Л. Даневски, Н.Ф. Диденко, М.Н. Ерохина, И.М. Зорина, Н.Н. Колчина, В.Ю. Кривошеева, М.Н. Летошнева, А.В. Паршкова, Г.Д. Петрова, В.И. Славкина, А.Г. Пономарева, А.А. Попова, К.А. Пшеченкова, Г.К. Рембаловича, А.А. Сорокина, Н.В. Тютрина, М.Б. Угланова, И.А. Успенского, М.Н. Чаткина, К. Baganz, A. Kern, W. Nоack, и др.
Однако, несмотря на большое количество технико-технологических решений по повышению эффективности процесса выносной сепарации, возможности совершенствования данного процесса и технических средств, для его осуществления далеко не исчерпаны.
Работа выполнена по плану НИОКР ФГБОУ ВПО РГАТУ на
2010...2015 гг. по теме № 7 «Совершенствование технологий, разработка и
повышение надежности технических средств возделывания, уборки,
транспортировки и хранения сельскохозяйственных культур в условиях ЦФО
РФ» (№ гос. регистрации 01201174432) в рамках раздела
7.2 «Совершенствование технологий, разработка и повышение надежности технических средств уборки, транспортирования и хранения картофеля в условиях сельскохозяйственных предприятий Рязанской области») и согласуется с распоряжением Председателя Правительства РФ Д.А. Медведева №1233-р «Инновационное развитие производства картофеля и топинамбура на 2012-2015 годы».
Цель исследований. Повышение эффективности функционирования сепарирующей горки картофелеуборочных машин, обеспечивающей удаление почвенных и растительных примесей, при повреждениях и потерях клубней картофеля, соответствующих агротехническим требованиям.
Объекты исследований. Картофелеуборочные машины, рабочий орган выносной сепарации картофелеуборочных машин, сепарирующая прямоточная пальчатая горка.
Предмет исследований. Теоретические и экспериментальные
закономерности процесса выносной сепарации в картофелеуборочных машинах.
Научная проблема заключается в необходимости повышения
эффективности функционирования картофелеуборочных машин, в том числе путем совершенствования органов выносной сепарации.
Научную новизну работы составляет:
1) математическая модель процесса сепарации картофельного вороха
новым рабочим органом, позволяющая определять параметры
усовершенствованного сепарирующего устройства;
2) зависимость потерь клубней от конструктивных параметров
разработанного устройства;
3) зависимость повреждений клубней от конструктивных параметров
разработанного устройства;
4) зависимость полноты отделения примесей от конструктивных
параметров разработанного устройства.
Практическую значимость работы представляют:
-
Оригинальная конструктивно-технологическая схема органа выносной сепарации, обеспечивающая повышение разделения компонентов картофельного вороха и снижение повреждений клубней и состоящая из продольной пальчатой горки с лопастным отбойным валиком, который снабжен защитным храповым механизмом (патент РФ на изобретение № 2454850, опубл. 10.07.2012, Бюл. № 19).
-
Результаты оценки агротехнических показателей работы картофелеуборочных машин, оснащенных органом выносной сепарации с лопастным отбойным валиком.
-
Оценка технико-экономической эффективности применения картофелеуборочных машин, оснащенных органом выносной сепарации с лопастным отбойным валиком.
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены на основе положений, законов и методов теоретической механики и
математического анализа с использованием ПК, в том числе с использованием
программы MathCAD 14.0. Обоснование кинематических и конструктивных
параметров, расчет эксплуатационных показателей органа выносной сепарации
проводились как по известным, так и по разработанным оригинальным
методикам. Экспериментальные исследования агротехнических показателей
работы усовершенствованной сепарирующей горки выполнены с
использованием теории планирования многофакторного эксперимента.
Обработка результатов исследований проведена методами математической
статистики. При полевых испытаниях оценка эксплуатационно-
технологических показателей картофелеуборочных машин проводилась согласно ГОСТ 20915-75, ГОСТ 28713-90, ГОСТ Р 52778-2007 и СТО АИСТ 8.5 – 2010.
На защиту выносятся следующие основные положения:
1) теоретическое обоснование параметров органа выносной сепарации;
2) результаты лабораторных исследований агротехнических показателей
усовершенствованной сепарирующей горки;
3) результаты полевых испытаний картофелеуборочных машин с
усовершенствованным рабочим органом выносной сепарации;
4) технико-экономическая оценка применения разработанного устройства
на картофелеуборочных комбайнах.
Достоверность основных положений работы подтверждена сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований (расхождение не более 5%) и положительными результатами хозяйственных испытаний.
Реализация результатов исследования. На основании проведенных исследований изготовлены усовершенствованные устройства выносной сепарации картофелеуборочных машин, успешно прошедшие полевые испытания в 2011…2013 гг. на полях Клепиковского района Рязанской области на общей площади более 105 га. Материалы исследований переданы в ООО «Агрофирма «Усадьба».
Личный вклад автора состоит в обобщении теоретических и
экспериментальных результатов исследований, проведенных им лично и в
соавторстве. При этом автору принадлежит: участие в постановке задач
аналитических и экспериментальных исследований, непосредственное
проведение теоретических исследований и экспериментов, обработка результатов и их интерпретация, участие в написании статей и выводов по ним.
Апробация результатов. Основные положения и результаты
исследований доложены и обсуждены на международной студенческой научно-практической конференции Курской ГСХА (2010 г.); научных конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов ФГБОУ ВПО РГАТУ (2010…2014 гг.); II и III этапах Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых Высших учебных заведений Министерства сельского хозяйства РФ в номинации «Агроинженерия» (2011 г.) г. Рязань и г. Саратов соответственно; официальном проекте Национальной ассоциации инноваций и развития информационных технологий «Кулибин» (2011 г.); VI Российской научно-
практической конференции «Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе (2011 г.) г. Ставрополь; межгосударственном научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации автотракторной техники в АПК» (2011 г.) г. Саратов; II и III этапах Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди аспирантов Высших учебных заведений Министерства сельского хозяйства РФ в номинации «Технические науки» (2012 г.) г. Рязань и г. Саратов соответственно; первой итоговой конференции молодых инноваторов по программе «УМНИК» в Рязанской области (2013 г.) г. Рязань; международной научно-практической конференции «Переработка и управление качеством сельскохозяйственной продукции» (2013 г.) г. Минск; VI международной научно-практической конференции «Наука и образование XXI века» (2014 г.) г. Рязань.
Публикации. По теме диссертационной работы получен 1 патент РФ на изобретение, опубликовано 13 печатных работ, в том числе: 3 – в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ; 3 – в международных сборниках и 7 – в российских сборниках. Общий объем публикаций составил 4,44 п.л., из них лично соискателю принадлежит 2,1 п.л.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 148 наименований, в том числе 15 на иностранных языках и приложений. Работа изложена на 152 страницах текста, содержит 15 таблиц и 92 рисунка.
Анализ процесса сепарации и технологических схем картофелеуборочных машин, эксплуатирующихся в хозяйствах Российской Федерации
Наиболее распространенными и широко используемыми в современных картофелеводческих хозяйствах на сегодняшний день являются картофелеуборочные машины марки Grimme [146]. Для повышения интенсивности процесса вторичной сепарации на серии однорядных картофелеуборочных комбайнов Grimme SE 75 и Grimme SE 140 устанавливается 2 сепарирующих устройства, которые достаточно эффективно отделяют комки, камни и остатки ботвы (рисунок 1.1). Технологические схемы данных серий комбайнов схожи. Отличие модели Grimme SE 140 состоит в увеличении рабочей поверхности устройства.
1-прицепное устройство; 2-подкапыватель гребней (лемехи, гребневый барабан, вертикальные диски, ролики); 3-первый короткий просеивающий транспортер; 4-второй просеивающий транспортер; 5-ботвоотводящий транспортер; 6-первое сепарирующее устройство; 7-второе сепарирующее устройство; 8-сортировочный стол; 9-вальцовая предсортировка (доп. оснащение); 10-опускающийся бункерозагрузочный транспортер; 11-транспортер для отвода примесей; 12-бункер с донным транспортером; 13-несущая рама; 14-устройство предварительной очистки (доп. оснащение)
Схема картофелеуборочного комбайна Grimme SE 75 (Grimme SE 140)
Картофельный ворох «порционно» подается к сепарирующим устройствам, что обеспечивает равномерность потока урожая и предотвращает его повреждение на первом сепарирующем устройстве (рисунок 1.2), которое производит предварительную обработку поступающего картофельного вороха (отделение остатков ботвы и мелких примесей) и представляет собой игольчатый транспортер с расположенными над ним спаренными вальцами. Регулируемые по высоте очищающие вальцы выносят часть примесей на поле. Для оптимизации процесса сепарации предусмотрена возможность изменения угла наклона устройства. С первого сепарирующего устройства производится подача на второе.
Второе сепарирующее устройство имеет несколько вариаций, которые устанавливаются на уборочную машину в зависимости от условий, в которых она будет эксплуатироваться.
1-первое сепарирующее устройство; 2-второе сепарирующее устройство На картофелеуборочную машину можно установить один из трех видов сепарирующих устройств.
Устройство первого вида (рисунок 1.3) предназначено для эксплуатации на полях с различными видами почв с комками и с умеренным содержанием камней и исполнено в виде комбинации бесступенчато гидравлически регулируемого пальчатого транспортера с очистительным вальцом и игольчатого в виде пластинчатого транспортера – для легких и средних почв, в виде пруткового транспортера – для тяжелых почв. Для полей с повышенным содержанием камней подходит второй вид устройства (рисунок 1.4-а), выполненный в виде бесступенчато гидравлически регулируемого щеточного транспортера с проходящим под ним транспортером для выноса примесей.
Сепарирующее устройство второго и третьего вида На легких почвах без содержания камней и комков применяется бесступенчато гидравлически регулируемый очистительный валец (рисунок 1.4-б). Для отделения небольших комков, камней, остатков ботвы и мелкого картофеля при предварительной сортировке имеется возможность установки вальцовой предсортировки (устройство из 3 или 5 вальцов) (рисунок 1.5). Расстояние между вальцами регулируется бесступенчато посредством центральной системы регулировки в пределах 0-40 мм.
Двухрядный картофелеуборочный комбайн Grimme SE 150/170 имеет отличную от моделей Grimme SE 75 и SE 140 компоновку сепарирующих устройств (рисунок 1.7), а также вдвое увеличенную ширину сепарирующих рабочих органов (рисунок 1.6).
Увеличенный рабочий орган картофелеуборочного комбайна Grimme SE 150/170
1-сцепка; 2-подкапывающее устройство; 3-первый короткий просеивающий транспортер; 4-второй просеивающий транспортер; 5-транспортер для отделения крупной ботвы; 6,7-первое сепарирующее устройство со сдвоенными oчищающими вальцами; 8-второе сепарирующее устройство со сдвоенным oчищающим вальцом; 9-предварительная вальцовая сортировка (опция); 10-сортировочный стол; 11-опускающийся бункерозагрузочный транспортер; 12-бункер с донным транспортером Схема картофелеуборочного комбайна Grimme SE 150/170 Первое сепарирующее устройство со спаренными вальцами расположено под углом относительно второго просеивающего транспортера и ботвоотделяющего сетчатого транспортера (рисунок 1.7, рисунок 1.8). 19 Для улучшения производительности технологическая схема данного комбайна дополнена игольчатым транспортером с расположенными над ним спаренными вальцами, который установлен параллельно переборочному столу, что значительно улучшает эффективность процесса сепарации и обеспечивает поступление очищенного картофельного вороха на второе сепарирующее устройство. Эффективное отделение остаточной ботвы и небольших примесей осуществляется посредством 1-го и 2-го сдвоенных очищающих вальцов (рисунок 1.9, рисунок 1.10) и игольчатых транспортеров с различным расстоянием между прутками. Для оптимального отделения примесей высоту вальцов по отношению к игольчатому транспортеру можно регулировать. Игольчатые транспортеры и очищающие вальцы регулируются гидравлически и бесступенчато в соответствии с меняющимися почвенными условиями. При эксплуатации происходит самоочистка вальцов друг о друга без использования чистиков (рисунок 1.10). Сепарирующее устройство со сдвоенным вальцом картофелеуборочного комбайна Grimme SE 150/170 Второе сепарирующее устройство на картофелеуборочном комбайне Grimme SE 150/170 также имеет несколько вариаций (рисунок 1.11), устанавливаемых на уборочную машину в зависимости от условий, в которых будет производиться эксплуатация машина. Для эксплуатации на полях с различными видами почв с комками и с умеренным содержанием камней, а также для полей с повышенным содержанием камней компоновка устройств не изменилась.
Обоснование конструктивных параметров сепарирующего рабочего органа
Обоснование рациональных конструктивных параметров [118, 63] предложенного сепарирующего рабочего органа является необходимым, поскольку от их правильного выбора зависит выполнение следующих требований:
1) исключение повреждения клубней в результате взаимодействия с пластинами клубнеотражателя;
2) исключение защемления между клубнеотражателем и сепарирующей горкой;
3) исключение сгруживания почвы на сепарирующей горке в процессе работы машины и обеспечение устойчивого выполнения технологического процесса;
4) обеспечение максимальной производительности устройства.
Для определения рациональных конструктивных параметров устройства введем следующие допущения и исходные данные:
1) ворох располагается на поверхности горки равномерно и имеет во всех точках поверхности одинаковую толщину;
2) компоненты вороха движутся вместе с рабочей поверхностью элеватора без качения или скольжения;
3) во взаимодействие с эластичными пластинами клубнеотражателя вступает компонент, под которым будем понимать неразделенный компонент клубненосного вороха, а именно тело неправильной формы, составляющими которого являются клубень с налипшей на него почвой и ботвой.
4) компонент имеет форму прямоугольного параллелепипеда с размерами а,Ь, с и центром тяжести в точке С (рисунок 2.6), т.к. данная форма наиболее неблагоприятна для схода компонента с полотна горки.
Рассмотрим процесс взаимодействия компонента с пластиной клубнеотражателя (рисунок 2.6)[81].
Для разделения компонента на составляющие необходимо путем воздействия силы со стороны пластины перевернуть его относительно линии АВ в сторону противоположную направлению движения пальчатого полотна. Условие опрокидывания компонента: где Муд - момент удерживающий компонент в исходном положении, Нм; Мопр - момент, опрокидывающий компонент относительно линии АВ, Нм.
а , b , с - геометрические размеры компонента (высота, длина, ширина), м; Р - сила, взаимодействия компонента с пластиной клубнеотражателя, Н; Муд - момент удерживающий компонент в исходном положении, Нм; Мопр - момент, опрокидывающий компонент относительно линии АВ, Нм; G - сила тяжести, Н; аг - угол наклона горки, рад; сов - угловая скорость вращения вала клубнеотражателя, рад/c; vг - скорость движения поверхности горки
Рисунок 2.6 - Схема взаимодействия компонента с пластиной клубнеотражателя (для определения минимальной опрокидывающей силы)
С учетом (2.35) … (2.37) выражение (2.34) для силы, необходимой для переворота компонента на полотне горки примет вид:
Графические зависимости величины силы от угла наклона горки и состава компонента показаны на рисунке 2.7.
Из графиков видно, что при одинаковых геометрических параметрах компонента в большей степени на величину силы влияет угол наклона пальчатого полотна, при увеличении которого сила убывает. Рисунок 2.7 - Зависимости величины силы от угла наклона горки и состава компонента
Так, при угле наклона 0,7 рад, в диапазоне плотностей компонента от 1000-3000 кг/м3 (минимальное значение диапазона соответствует плотности клубней картофеля с низким содержанием крахмала, максимальное - плотности твердой фазы суглинистых почв) величина силы изменится от 13 до 33 Н, что достаточно для отрыва клубня от ботвы и исключения повреждения клубней картофеля [109].
С целью снижения потерь и повреждений клубней необходимо обосновать параметры подпружиненных пластин. При взаимодействии пластины с компонентом происходит изгиб пружины-скрепки и рабочий зазор между полотном горки и отбойным валом увеличивается. Для выбора зазора необходимо определить максимальный прогиб пластины (рисунок 2.8).
Принимаем, что при деформации пластины имеет место прямой поперечный изгиб. Дифференциальное уравнение изогнутой оси подпружиненного элемента: где Епс - модуль Юнга материала пружины-скрепки, МПа; 1x - момент инерции сечения пружины-скрепки, м4; где z - расстояние от основания пружины-скрепки до искомого сечения, м. Для круглого сечения пружины-скрепки момент инерции рассчитывается по выражению: , (2.41) где г - радиус проволоки пружины-скрепки, м max – максимальный угол поворота пружины-скрепки, рад; ymax – максимальный прогиб отбойного элемента по оси y, м; Pmax – максимальная сила, Н; l – расстояние от конца пластины до поверхности отбойного валика, м; zmax – максимальное перемещение лопасти по оси z, м; h1 – зазор между концом лопасти и поверхностью горки при наибольшем их сближении, м Рисунок 2.8 – Схема взаимодействия компонента с пластиной клубнеотражателя (для определения прогиба пластин) Подставляя в (2.38) выражения (2.39) … (2.41) получим: Проинтегрируем данное выражение два раза. При первом интегрировании получим угол поворота данного сечения, при втором – прогиб по оси y. В заделке, т.е. у основания вала, прогиб и угол поворота равны нулю [31]. Максимальные значения данных параметров будут на конце пластины, т.е. на расстоянии l от вала. Максимальный прогиб и угол поворота будут при максимальном значении изгибающей силы, которая достигается, если в состав компонента входит максимум почвы и растительных примесей. В результате имеем:
Результаты исследований эффективности функционирования органа выносной сепарации с лопастным отбойным валиком (усовершенствованным клубнеотражателем)
После реализации полнофакторного эксперимента производилась статистическая обработка его результатов (таблицы 3.2… 3.5).
Рассчитывая коэффициенты регрессии и проверяя их на значимость по t-критерию Стьюдента, при fy=16 в соответствии с формулами (3.13…3.17), получаем уравнения регрессии:
1) Оптимизация рабочего зазора между пальцами горки и лопастями клубнеотражателя:
Полнота сепарации примесей: Потери клубней:
2) Оптимизация частоты вращения клубнеотражателя:
Полнота сепарации примесей: Повреждения клубней: Потери клубней: Проверка воспроизводимости моделей, произведенная по критерию Кохрена, (формулы 3.21 ... 3.22) при степенях свободы fN = 8 и fu = 2 и уровне значимости 0,05 подтвердила гипотезу об адекватности полученных моделей. Используем полученные линейные модели для определения рациональных параметров продольной сепарирующей горки с клубнеотражателем, снабженным
пальцами, и проанализируем полученные результаты.
1. В результате лабораторных исследований получены аналитические зависимости, характеризующие полноту отделения примесей, потери и повреждения клубней в зависимости от конструктивных и кинематических параметров разработанного устройства, а также от подачи картофельного вороха.
2. При проведении лабораторных исследований установлено, что использование усовершенствованного органа выносной сепарации – продольной прямоточной пальчатой горки с лопастным отбойным валиком – по сравнению с использованием серийного органа выносной сепарации позволяет повысить полноту удаления растительных и почвенных примесей с 72,4 до 87,5% и снизить потери клубней с 6,43 до 3,6% (на 2,83%), повреждения клубней при этом уменьшились с 7,4% до 4,2% (на 3,2%).
3. Уточнено, что рациональная величина рабочего зазора между полотном горки и лопастью отбойного валика находится в пределах от 22,4 мм до 34,3 мм.
4. Уточнено, что рациональная величина угловой скорости вращения лопастного отбойного валика усовершенствованного органа выносной сепарации по результатам лабораторных исследований находится в пределах от 98,1 об/мин
Для улучшения отделения примесей необходимо обоснование параметров сепарирующих рабочих органов картофелеуборочных машин с учетом коэффициентов трения, размерно-массовых, прочностных и ряда других характеристик компонентов картофельного вороха [15]. В связи с этим полевые испытания и исследования картофелеуборочных машин с усовершенствованной продольной пальчатой горкой проводились одновременно с изучением физико-механических свойств культуры картофеля, которые являются одним из важнейших факторов, оказывающих влияние на агротехнические показатели работы органов сепарации [88].
Свойства картофельной культуры изменяются в широких пределах в зависимости от почвенно-климатических условий, технологии возделывания и сорта [88, 119], следовательно, научные знания в данной области требуют расширения и уточнения.
Полученная в ходе исследования информация была использована при обосновании параметров продольной прямоточной пальчатой горки с лопастным отбойным валиком картофелеуборочных машин, а так же использовалась в качестве исходных данных при лабораторных экспериментальных исследованиях эффективности её функционирования (см. главу 3 настоящей работы).
Программа полевых исследований включала в себя следующие положения:
1. Определение размерно-массовых свойств культуры картофеля на поле;
2. Сравнительные хозяйственные (полевые) испытания серийного и усовершенствованного картофелеуборочного комбайна AVR 220 BK Variant.
Объектом проведенных нами исследований являлись компоненты картофельного вороха, в частности, почва, клубни и стебли ботвы картофеля сорта «Ред Скарлетт» [9, 105]. Исследовались количественные, размерно-массовые, прочностные свойства растительных остатков и клубней картофеля с целью их уточнения в конкретных почвенно-климатических условиях.
Исследования проходили в крестьянско-фермерском хозяйстве ООО «Агрофирма «Усадьба» Клепиковского района Рязанской области в период массовой уборки картофеля (конец августа – начало октября) 2011…2013 гг. (таблица 4.1).
Характеристика поля.
Рельеф поля в полевых исследованиях определялся поверенным электронным тахеометром Topcon GTS-235N (рисунок 4.1).
Влажность почвы.
Пробы почвы на влажность отбирались буром в местах, расположенных по диагонали участка в пятикратной повторности.
Образцы брались из почвы на глубину 0–0,20 м. Методика определения влажности аналогична лабораторным исследованиям и описаны в 3 главе.
Твердость почвы.
Твердость почвы определяли твердомером Ревякина в местах определения влажности на глубине 0-0,20 м [11].
При снятии каждой диаграммы самопишущим твердомером проверяли качество ее записи (отчетливость) и исправность работы записывающего устройства (карандаша). Острие записывающего устройства (карандаша) совпадало с нулевой линией. Отклонение не превышало ±1 мм.
Результаты исследований и хозяйственных испытаний эффективности функционирования картофелеуборочных машин
Результаты сравнительных хозяйственных испытаний серийных и усовершенствованных картофелеуборочных машин приведены в таблице 4.5.
Использование разработанного лопастного отбойного валика усовершенствованного картофелеуборочного комбайна AVR 220 BK Variant [38,86] по сравнению с серийным уменьшает потери клубней на 3,5%, увеличивает чистоту клубней в таре на 15,5 % и уменьшает повреждения клубней на 3,17 %.
Исходя из полученных значений агротехнических показателей, подтверждена необходимость использования лопастного отбойного валика.
Таблица 4.5 - Результаты хозяйственных испытаний серийных и усовершенствованных картофелеуборочных машин
1. Уточнены в конкретных почвенно-климатических условиях физико-механические и размерно-массовые характеристики компонентов клубненосного вороха, в частности, клубней картофеля сорта «Рэд скарлетт»; установлено, что среднее усилие отрыва клубней от растительных остатков не превышает 15,6 Н, а максимальный поперечный диаметр клубней составляет не менее 40 мм при коэффициенте формы 1,2…1,3, что необходимо учитывать при проектировании рабочих органов выносной сепарации.
2. Установлено, что у усовершенствованного картофелеуборочного комбайна AVR 220 BK Variant при использовании усовершенствованного органа выносной сепарации по сравнению с серийными машинами увеличивается чистота клубней в таре с 72,3 до 87,8%, а потери и повреждения клубней уменьшаются с 5,4 до 1,9% и с 7,2 до 4,03% соответственно.
3. Определено, что у картофелеуборочной машины AVR 220 BK Variant при использовании пальчатой горки с лопастным отбойным валиком и защитным храповым механизмом, в связи с увеличением интенсивности процесса выносной сепарации, появляется возможность повышения рабочей скорости движения агрегатов при уборке с 4,2 до 4,5 км/ч, что позволяет увеличить производительность работы с 0,38 до 0,43 га/ч соответственно.
Расчет технико-экономической эффективности применения усовершенствованной продольной пальчатой горки с лопастным отбойным валиком на картофелеуборочных машинах производился по стандартной методике с использованием следующей литературы [59, 62].
Исходные данные для экономической оценки взяты за 2013 г. Экономический эффект от внедрения усовершенствованной картофелеуборочной машины: комбайна AVR 220 BK Variant с установленным на них разработанным рабочим органом вторичной сепарации определяли, сопоставляя приведенные затраты базового и нового варианта (в расчете на одну машину). В качестве базового варианта был выбран комбайн AVR 220 BK Variant с серийными клубнесбрасывающим устройством – гладким отбойным валиком, установленным над поверхностью основного участка пальчатой горки, а в модернизированном варианте использовалась продольная прямоточная пальчатая горка с лопастным отбойным валиком и защитным храповым механизмом.
Экономический эффект от внедрения: где: Ээ – экономический эффект от внедрения усовершенствованной машины с разработанным устройством, руб;
З1 и З2 – приведенные затраты на единицу работы, производимой с помощью базового и нового вариантов, руб/га;
Вг – годовой объем работ, выполненных машиной.
Приведенные затраты представляют собой сумму эксплуатационных затрат и нормативной прибыли [141]: где: Зэкс – эксплуатационные затраты, руб/га;
НП – нормативная прибыль от капитальных вложений, руб/га.
Расходы на содержание и эксплуатацию (эксплуатационные затраты) являются комплексной статьей затрат в себестоимости продукции растениеводства (таблица 5.2).
Статьи эксплуатационных затрат в зависимости от вида и объема выполняемых за год механизированных работ, то есть годовой загрузки, подразделяются на постоянные и переменные. К постоянным расходам, не зависящим от изменения годовой загрузки, относятся амортизационные отчисления и расходы на содержание.
К переменным расходам, зависящим прямо пропорционально от годовой загрузки, относятся затраты на техническое обслуживание и ремонт, топливо-смазочные материалы и оплату труда механизаторов.
