Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблемы производств картофеля. Практическая и научная актуальность совершенствования средств механизации 14
1.1 Социальные аспекты необходимости совершенствования производства картофеля 14
1.2 Факторы, влияющие на эффективность производства картофеля 20
1.3 Анализ ресурсоемкости составляющих технологии возделывания картофеля 27
1.4 Анализ исследований и пути совершенствования производства картофеля 31
1.4.1 Технологические аспекты производства картофеля 31
1.4.2Транспортное обеспечение производства картофеля 44
1.5 Выводы и постановка задач 47
Глава 2 Основы проектирования механизированных технологий и технических средств по производству картофеля 53
2.1 Системный подход в решении проблемы повышения эффективности составляющих комплекса машин по производству картофеля 53
2.2 Морфологический анализ системы и оценка комплекса машин по реализации технологии возделывания картофеля 58
2.3 Критерии оценки комплекса машин для реализации технологии возделывания картофеля 66
2.4 Оценка значимости управляемых факторов системы для выбора направлений совершенствования технических средств 71
Глава 3. Обоснование параметров профиля КНС и средств механизации по его формированию с учетом условий производства 79
3.1 Обоснование профиля клубненесущего слоя (КНС) почвы 79
3.2 Теоретическое обоснование параметров роторного рабочего органа для формирования профиля КНС после гребневой посадки 88
3.2.1 Обоснование диаметра роторного рабочего органа 88
3.2.2 Исследование взаимодействия рабочего органа со слоем почвы 91
3.3 Обоснование целесообразности совмещения операций обработки посадок с формированием гряды из гребней при возделывании картофеля 98
3.3.1 Агротехническая оценка МТА 100
3.3.2 Производительность агрегата 103
3.3.3 Энергозатраты на выполнение операций 105
3.3.4 Затраты труда по операциям 107
3.3.5 Затраты средств 109
3.4 Обоснование основных параметров комбинированного агрегата 111
3.4.1 Теоретическое обоснование параметров пассивного рабочего органа для формирования профиля КНС из гребней 111
3.4.2 Обоснование параметров комбинированного агрегата 119
3.4.3 Параметры машинно-тракторного агрегата (МТА) с пассивными рабочими органами грядообразователя 123
Глава 4 Экспериментальная оценка усовершенствованных технических средств и комплексов машин по формированию КНС 128
4.1 Методика проведения опытов 128
4.1.1 Формирование КНС по варианту «полосное фрезерование» 128
4.1.2 Формирование КНС по варианту «сепарация почвы» 133
4.1.3 Сравнительная оценка вариантов формирования КНС 135
4.2 Результаты экспериментальных исследований 142
4.2.1 Результаты агротехнических опытов 142
4.2.2 Результаты энергетических испытаний агрегатов 143
4.2.3 Результаты хозяйственных испытаний комплекса машин 145
4.3 Формирование гряды из гребней после посадки картофеля 149
4.3.1 Требования к операциям и техническим средствам 149
4.3.2 Технические средства для формирования гряд 150
4.3.3 Методика постановки опытов 151
4.3.4 Результаты формирования гряды после посадки в гребни 153
Глава 5 Обоснование комплекса машин по транспортировке клубней картофеля 159
5.1 Анализ схем транспортирования 159
5.2 Хронометражные наблюдения за транспортировкой клубней 161
5.2.1 Оценка использования транспортных средств 162
5.2.2 Оценка использования погрузочных средств 166
5.3 Совершенствование технологии и технических средств на погрузочных работах 168
5.3.1 Оптимизация грузовместимости контейнера при ручной подборке урожая 170
5.3.2 Технология погрузки картофеля с использованием МОК 179
5.3.3 Анализ результатов погрузки с применением МОК 181
5.4 Обоснование транспортных средств для перевозки урожая 182
5.4.1 Анализ схем перевозки 182
5.4.2 Применение оборотных полуприцепов 185
5.4.3 Использование тракторов МТЗ на транспортных работах 191
5.4.4 Пути повышения проходимости тракторных транспортных агрегатов при неблагоприятных условиях движения 192
5.4.5 Анализ способов повышения тягово-сцепных свойств трактора 194
5.4.6 Рациональная грузоподъемность ТТА с догрузкой ведущих колес трактора 197
5.4.7 Пути увеличения сцепного веса трактора МТЗ-80 при работе с двухосным прицепом 199
5.4.8 Исследование перераспределения нагрузок между осями ТТА 202
5.4.9 Результаты испытаний ТТА в составе МТЗ-80 с прицепом 2ПТС-6,0 в условиях грунтовой дороги 208
5.5 Обоснование состава транспортного звена на перевозке урожая 212
5.5.1 Обоснование маршрутов движения урожая картофеля 212
5.5.2 Обоснование рационального состава транспортного звена 216
Глава 6. Технико-экономической оценка комплекса машин для возделывания, уборки и транспортирования урожая картофеля с рекомендациями по формированию его состава 222
6.1 Технические средства по обработке почвы и внесению удобрений для реализации прогрессивных технологий 224
6.2 Посадка картофеля и уход за посадками в период вегетации 228
6.3 Уборка урожая 231
6.4 Транспортировка урожая после уборки 236
6.4.1 Оценка транспортировки картофеля ТТА с догрузкой ведущих колес трактора МТЗ-80 236
6.4.2 Перевозка урожая до места переработки и хранения 240
6.5 Технико-экономическая оценка предлагаемых систем машин 245
Основные выводы и рекомендации 252
Литература 255
Приложения 274
- Анализ ресурсоемкости составляющих технологии возделывания картофеля
- Исследование взаимодействия рабочего органа со слоем почвы
- Оптимизация грузовместимости контейнера при ручной подборке урожая
- Уборка урожая
Введение к работе
Актуальность темы. Программы развития подотрасли производства картофеля, перевода его на индустриальную основу разрабатываются в многих областях и краях. Тормозом индустриализации производства является сокращение числа крупных производителей картофеля, при росте объемов производства фермерскими и личными подсобными хозяйствами, где трудозатраты в пять и более раз выше, чем в специализированных предприятиях с индустриальной технологией производства. В некоторых муниципальных образованиях основной удельный вес производства картофеля (до 90%) приходится на индивидуальные и личные подсобные хозяйства.
Отсутствие во многих хозяйствах системы машин для комплексной механизации производства картофеля и рациональной системы перемещения продукции от поля до потребителя обусловливает большой недобор продукции и высокие трудозатраты.
Мировой опыт свидетельствует об эффективности укрупнения предприятий, занимающихся производством картофеля. В США фермы, выращивающие картофель на площадях 100 и более гектаров, производят свыше 70% его валового производства.
Анализ показал, что затраты труда механизаторов на междурядной обработке посадок, уборке картофеля копателем, транспортировке урожая в три раза превышают средние значения по технологии, а суммарные эксплуатационные затраты средств на посадке, уборке и закладке на хранение превышают средние значения в 2,0-2,5 раза.
На основании раскрытия причинно-следственной связи составляющих производства картофеля центральная гипотеза исследования сформулирована следующим образом: повышение эффективности производства картофеля возможно путем совершенствования наиболее затратных (пиковых по величине относительно других) составляющих технологии производства и технических средств по ее реализации на основе формирования профиля клубненесущего слоя, исключающего уплотнение его в период ухода за посадками, повышения степени механизации погрузочных работ и проходимости транспортных агрегатов.
Работа выполнена согласно заданию 16.06 и заданию 0.СХ.108 «Разработать и внедрить комплекс мероприятий по повышению эффективности использования …тракторов, автомобилей, сельскохозяйственных машин для Нечерноземной зоны РСФСР», программе «Нечерноземье», областным комплексным программам развития производства картофеля.
Цель работы. Повышение эффективности производства картофеля путем совершенствования состава, технико-технологических параметров и эксплуатационных характеристик технологических комплексов с учетом почвенно-климатических условий производства.
Задачи исследований. Для достижения поставленной цели и подтверждения выдвинутой гипотезы в работе решались следующие задачи.
1. Провести системный анализ технологии возделывания картофеля с учетом зональных особенностей и определить пути совершенствования технических средств для ресурсоемких технологических операций.
2. Обосновать агротехнические и технологические факторы, влияющие на формирование профиля клубненесущего слоя (КНС), и разработать методику его проектирования.
3. Разработать рабочие органы для формирования КНС и комплекс технических средств по возделыванию картофеля с учетом почвенно-климатических условий.
4. Обосновать параметры разработанных технических средств и определить эксплуатационные характеристики комплекса машин для возделывания и транспортирования картофеля в условиях производства.
5.Разработать рекомендации по формированию и использованию комплекса технических средств по производству картофеля применительно к почвенно-климатическим условиям Среднего Урала. Выполнить технико-экономическую оценку комплекса машин для реализации технологий.
Объект исследования. Механизированные процессы возделывания и транспортирования картофеля.
Предмет исследований. Закономерности функционирования технических средств и их элементов при реализации технологических процессов возделывания и перемещения картофеля с учетом факторов, оказывающих влияние на технико-экономические показатели объектов исследования.
Научная новизна. Разработана методология и выполнена оценка значимости факторов, влияющих на ресурсоемкость производства картофеля в условиях Среднего Урала.
На основе агротехнических требований предложена и апробирована методика формирования профиля клубненесущего слоя, адаптированная к конкретным почвам и производственным условиям региона.
На основе теоретических исследований усовершенствованы рабочие органы для формирования клубненесущего слоя в виде гряды путем сближения гребней с одновременной междурядной обработкой, позволяющие обеспечить рациональную высоту профиля КНС и создать технологическую колею, проведена экспериментальная оценка технологии в производственных условиях Среднего Урала.
Создан и апробирован в производственных условиях агрегат, формирующий в процессе междурядной обработки посадок картофеля гряду (технологическую колею), что позволяет снизить уплотнение клубненесущего слоя последующими операциями и повысить технико-экономические показатели (ресурсоемкость) технологии производства картофеля.
Установлены рациональные параметры и оптимальные технологические режимы комбинированного технологического агрегата для конкретных условий эксплуатации Среднего Урала, позволяющие повысить технико-экономические показатели его работы.
Разработаны мероприятия и технические средства по снижению ресурсоемкости транспортного обеспечения перевозки урожая картофеля.
Разработана конструкция мягкого оборотного контейнера (МОК) для упаковки картофеля при уборке, оптимизирована его грузовместимость, предложены строповочные устройства для работы с ним.
Исследован процесс перераспределения нагрузки между осями агрегата (тракторного прицепа и трактора) при использовании ГСВ, установлены зависимости нагрузок от давления в системе и конструктивных параметров агрегата, позволившие разработать технические средства повышения проходимости транспорта в сложных условиях движения.
Разработаны и апробированы в производственных условиях рекомендации по использованию предлагаемых конструкций.
Предложена методика оценки комплекса технических средств по производству картофеля, позволяющая установить наиболее ресурсоемкие операции и в результате их совершенствования минимизировать затраты на их выполнение в заданных условиях производства.
Практическая ценность и реализация результатов
исследований
Оптимизированы параметры технических средств, определены состав и структура комплексов машин по возделыванию картофеля, адаптированные к конкретным почвенно-климатическим условиям, позволяющие снизить ресурсоемкость технологического процесса его производства.
Разработаны рабочие органы и усовершенствованы машины по формированию клубненесущего слоя при возделывании картофеля для условий Среднего Урала, позволяющие улучшить условия вегетации и уборки урожая.
Разработаны и апробированы в производственных условиях средства механизации погрузочно-разгрузочных работ при уборке картофеля в конкретных почвенно-климатических условиях Среднего Урала, позволяющие повысить проходимость транспортных агрегатов и обеспечивающие своевременность вывоза урожая с поля, особенно в неблагоприятных условиях работы.
Научно-техническим советом министерства сельского хозяйства Свердловской области принято решение о внедрении результатов исследований в производство. Решением исполнительного комитета Свердловского областного совета народных депутатов №94 от 05.03.1987 года поставлена задача изготовить для предприятий области 95 тысяч МОК.
Решением проблемного совета от 12.02.1982 года по выполнению задания 16.06 и задания 0.СХ.108 «Разработать и внедрить комплекс мероприятий по повышению эффективности использования тракторов, автомобилей, сельскохозяйственных машин для Нечерноземной зоны РСФСР» одобрены разработки Свердловского СХИ по внедрению в производство комбинированных агрегатов и средств повышения проходимости тракторных транспортных агрегатов.
Результаты исследований одобрены и рекомендованы к внедрению научно-техническим советом Межрегионального комитета по сельскохозяйственному машиностроению Ассоциации экономического взаимодействия областей и республик Уральского региона 08.04.2007 г.
Отдельные разработки внедрены в производство предприятиями Свердловской области, в том числе совхозами «Криулинский», «Хромцово», «Косулинский», СПК «Первоуральский», Бисертским заводом сельскохозяйственных машин, а также фермерскими хозяйствами. Результаты исследований используются в учебном процессе ФГОУ ВПО «Уральская государственная сельскохозяйственная академия» и ФГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет».
Апробация работы. Основные положения результатов исследования докладывались на совещании отделения ВАСХНИЛ по НЗ РСФСР (1982 г.), научно-техническом совете министерства с.х. Свердловской области (1984 г.), научных конференциях УралНИИСХОЗа (1985 г.), на международных, республиканских и региональных научных конференциях Челябинского государственного агроинженерного университета (1966 – 2007 гг.), Уральской государственной с.-х. академии (1966 – 2007 гг.), Белорусской с.-х. академии (1972 г.) и других.
Публикации. По результатам исследований опубликованы три монографии, более 50 научных работ и рекомендаций, изданных в центральных и региональных журналах, сборниках научных работ в различных издательствах. Восемь разработок по теме признаны изобретениями, на которые получены авторские свидетельства и патенты.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка использованной литературы, включающего в себя 251 наименование, и 43 приложений. Общий объем работы составляет 273 стр., включая 15 таблиц и 83 рисунка.
Анализ ресурсоемкости составляющих технологии возделывания картофеля
При разработке и внедрении интенсивных технологий из возможных вариантов должен быть выбран такой, который мог бы реализоваться в конкретных условиях производства и при соблюдении всех технологических требований и приемов обеспечивать наибольший экономический эффект.
Эффективность производства продукции, механизированных работ и отдельных операций оценивают себестоимостью продукции, энергозатратами, производительностью, затратами живого труда и др. Универсальным показателем оценки эффективности технологии является себестоимость продукции, а отдельных операций - эксплуатационные затраты.
Для анализа составляющих затрат по комплексу машин для базовой технологии выполнены обоснование операций и необходимые расчеты с учетом зональной практики по рекомендациям и методикам, изложенным в литературных источниках [2,61,104,111,185,223,234].
Определены марочный и количественный состав машин для реализации технологии, расход топлива, затраты труда, эксплуатационные затраты и себестоимость. Облегчить работу над проектированием технологии помогают типовые технологические карты на возделывание культуры, а также многие справочники [64,219,220,238]. Комплекс машин для реализации базовой технологии приведен в приложении 27.
Традиционная технология возделывания картофеля предусматривает посадку с междурядьями 70 см и образование гребней в различные сроки. Аналогичную схему посадки и формирование профиля поверхности предусматривает целый ряд технологий.
Ненадлежащая подготовка почвы перед посадкой, уплотнение при обработках ходовыми системами агрегатов приводят к невозможности использовать при уборке картофеля комбайны. Все это имеет место в базовой технологии, культивируемой на Среднем Урале и в других регионах.
Компьютерная программа проектирования комплекса машин по возделыванию и уборке сельскохозяйственных культур (на базе Mikrosoft EL) позволяет анализировать влияние отдельных мероприятий по модернизации и в целом технологии, оценивать их эффективность по затратам труда и средств. На рисунке 1.1 приведены результаты расчетов суммарных затрат по категориям для технологического комплекса (базовая технология).
Из рисунка 1.1 видно, что максимальная величина затрат на гектар приходится на долю эксплуатационных затрат (33% без затрат на ТСМ), на материалы с услугами (32%). Затем идут затраты на топливно-смазочные материалы (19%) и оплату ручного труда (16%).
По результатам анализа составляющих затрат можно сделать вывод, что совершенствование системы производства следует начинать с более ресурсоемких составляющих: эксплуатационных затрат использования техники, приобретения материалов и рационального их использования (с максимальной отдачей).
Энергетические средства и рабочие машины приняты в расчетах типичными для зоны Среднего Урала, выпускаемыми отечественными предприятиями. Эксплуатационные затраты для комплекса по операциям - агрегатам приведены на рисунке 1.2.
Из категории затрат по отдельным агрегатам на выполнение технологических операций наибольшие значения имеют посадка картофеля, уборка картофеля копателем и транспортные работы, связанные с перевозкой урожая, заготовкой и внесением органических удобрений.
В расчете затрат на единицу площади, а впоследствии и на единицу продукции будут оказывать влияние затраты на выполнение этих операций.
Степень механизации работ с учетом производительности средств механизации оценивается затратами труда механизаторов на единицу площади возделывания культуры и привлечением вспомогательных рабочих (рис. 1.3).
Максимум затрат труда при выполнении механизированных работ операторами приходится на закладку картофеля на хранение, уборку картофеля копателем, транспортировку картофеля с поля, междурядную обработку посадок и др.
Результаты анализа показывают, что максимальные затраты на оплату труда имеют место на погрузке урожая в транспортное средство.
Полученные результаты указывают на то, что в первую очередь следует совершенствовать технологию возделывания картофеля в направлении сокращения ручных работ, связанных с подбором и погрузкой вороха картофеля при уборке копателем, и по возможности обеспечить комбайновую уборку.
Модернизацию базовой технологии следует вести по направлениям, отличающимся максимальной ресурсоемкостью:
-внедрять комбайновую уборку на средних и тяжелых почвах, в неблагоприятных погодных условиях путем совершенствования подготовки почвы, устранения уплотнения ее в период вегетации и улучшения структуры за счет обеспечения оптимального профиля клубненесущего слоя и внесения органики;
-при уборке копателем механизировать процесс погрузки урожая в транспортные средства;
-совершенствовать транспортировку урожая к местам хранения и другие.
Исследование взаимодействия рабочего органа со слоем почвы
Усилие, затрачиваемое на перемещение гребня, зависит от массы перемещаемого слоя и коэффициента трения (сдвига) между слоями почвы. Масса перемещаемого слоя в свою очередь зависит от плотности почвы и геометрических размеров гребня, ширины междурядий и угла естественного откоса почвы. Угол естественного откоса (рис. 3.9) зависит от типа почвы, ее механического состава и физического состояния, которые должны учитываться при создании техники [202]. Рабочий орган представляет из себя цилиндр с вертикально расположенной осью к обрабатываемой поверхности. Требуется установить перемещение гребня перпендикулярно направлению движения агрегата и вращение рабочего органа за счет трения. Схема взаимодействия объектов представлена на рисунке 3.9.
Плотность силы, создаваемая гребнями по направлению V„ (поступательного движения рабочего органа) при смещении точки приложения силы от максимального значения (центра гребня), представлена двумя участками.
Работоспособность РО будет обеспечена, если направление вращения окажется против часовой стрелки. Это обеспечит смещение почвы в сторону от направления поступательного движения при минимальных затратах энергии при формировании профиля гряды. При этом требуется оценить действие силы F на опоры от РО.
Распределение плотности силы, действующей на рабочий орган. Силовые факторы проецируются на оси координат ОХ и OY (рис. 3.9) с учетом центрального угла «ф».
Линейная плотность встречной силы (элементарная сила, действующая на интервале, отнесённая к длине интервала Ах) от гребней будет иметь форму, представленную на рисунке 3.10, рассчитывается по формуле.
Распределение плотности силы в точке на окружности, нормальной к поверхности РО, в зависимости от центрального угла приведено на рисунке 3.11.
Перемещение гребня будет обеспечено, если будет обеспечено вращение рабочего органа. Вращение РО будет обеспечено, если касательная сила, действующая по направлению против часовой стрелки (в сторону сдвигаемого гребня) будет больше, чем сила, направленная в обратную сторону.
Максимально возможное значение плотности силы, касательной к поверхности РО (силы трения), от нормальной в зависимости от центрального угла
Приведенные соотношения объясняют необходимое условие для обеспечения вращения РО в нужном направлении и перемещения слоя почвы (гребня) в поперечном направлении от направления поступательного движения агрегата. Результаты представлены на рисунке 3.12.
Иначе говоря, суммарный момент вращения, действующий на РО в сторону гребня (гряды) больше, чем момент, действующий в противоположную сторону. График включает три интервала. В интервалах 0...450 и 135... 180 относительно велика тангенциальная составляющая, но мала нормальная, поэтому действующая линейная тангенциальная плотность силы является максимально возможной для данной нормальной. На промежутке 45... 135 нормальная сила относительно велика, а тангенциальная мала, поэтому действующая тангенциальная плотность равна плотности создаваемой гребнями.
Крутящий момент от сил трения определяется в результате интегрирования по половине окружности линейной плотности силы (первый множитель) умноженное на плечо (второй множитель, равный радиусу) по дифференциалу дуги окружности (третий множитель).
Подставляя значения параметров в формулу 3.27, получаем М = 60,295 Н-м Суммарный момент вращения, действующий на РО в сторону гребня (гряды) больше, чем суммарный момент, действующий в противоположную сторону.
Вращение будет происходить против часовой стрелки по направлению момента. Проекция действующих сил на ось абсцисс X определяется по двум составляю щим: нормальной и тангенциальной. Под интегралами стоят проекции линейной плотности силы на ось абсцисс и дифференциал дуги окружности. Вращению РО препятствует и трение в подшипниках РО. Максимально возможный коэффициент трения во много раз превышает фактические значения для любых подшипников.
Выводы.
1. Положительное значение результирующей силы на РО свидетельствует о его работоспособности. Испытания подтвердили этот вывод.
2. Рабочий орган по формированию гряды из гребней с междурядьем 0,7 м для указанных выше условий целесообразно изготовлять диаметром 0,41 м.
3. Величина результирующей силы и ее направление действия позволяют вести расчеты на прочность и конструктивное оформление рабочего органа.
Оптимизация грузовместимости контейнера при ручной подборке урожая
В настоящее время в Свердловской области и других регионах более 90% картофеля убирается копателями с последующей ручной подборкой. При такой уборке затраты труда составляют 180-200 чел.-ч/га [58].
Поскольку почвы зоны не позволяют в ближайшее время внедрить комбайновую уборку, для повышения степени механизации производства картофеля следует применять контейнерную погрузку, позволяющую снизить простои транспорта под погрузкой.
Для обеспечения высокой эффективности использования контейнеров требуется оптимизация их грузовместимости.
Для большей достоверности оптимизация проведена по двум критериям - затратам труда и затратам средств (на погрузку 1 т картофеля) [122].
А. Оптимизация грузовместимости МОК по критерию «затраты труда»
Общие затраты труда на погрузке включают в себя:
- затраты, связанные с работой погрузчика;
- затраты на заполнение контейнера (учтен только перенос картофеля к контейнеру);
- затраты, связанные с участием транспортного средства в погрузке.
Суммарный путь, проходимый сборщиками при загрузке контейнера, зависит от количества порций, переносимых сборщиками к контейнеру; проходимого пути, который зависит от урожайности и величины порций картофеля (в расчетах принята емкость ведра), м.
Для реализации приведенной методики оптимизации составлена программа на ЭВМ. При расчетах использованы следующие нормативные и расчетные данные величин, входящих в формулы: Мм = 1; Мв = 2; Мт = 1; tn,ns = 0,0246 ч; Vn.r = 1,5 м/с; g = 8 кг; Vc = 1 м/с.
Грузовместимость контейнера изменялась от 16 до 169 ведер (или от 0,128 до 1,352 т). Урожайность изменялась от 10 до 30 т/га (интервал 10 т).
Рисунок 5.3 - Значение коэффициента Кбі в зависимости от количества порций, помещаемых в контейнер.
Зависимость составляющих затрат труда на погрузку, затаривание и использование транспорта под погрузкой от грузовместимости контейнера приведена на рисунке 5.4.
Затраты на погрузку и использование транспорта под погрузкой при увеличении грузовместимости уменьшаются, затраты на затаривание - увеличиваются.
Результирующая зависимость затрат труда имеет ярко выраженный минимум. Для урожайности 20 т/га этот минимум находится в пределах 0,4-0,5 т.
Изменение минимума затрат труда в диапазоне урожайности 10...30 т/га находится в пределах 0,40...0,65 тонн грузовместимости контейнера (рис. 5.5).
Б.Оптимизация грузовместимости МОК по критерию «прямые затраты»
По критерию "прямые затраты" оптимальная грузовместимость мягкого контейнера рассчитана по методике, включающей затраты денежных средств, связанные с эксплуатацией погрузчика, переносом собранного картофеля к контейнеру и использованием транспортного средства под погрузкой.
Зависимость затрат средств на погрузку тонны картофеля по трем составляющим от грузовместимости контейнера при урожайности 20 т/га показана на рисунке 5.6.
Затраты, связанные с погрузчиком и транспортным средством, с увеличением грузовместимости снижаются, затраты на перенос картофеля к контейнеру -возрастают. Суммарные затраты имеют минимум. Для урожайности 20 т/га минимум находится в пределах 1,2 (1,0 - 1,4) т.
На рис.5.7 приведены зависимости суммарных затрат по трем составляющим для разной урожайности. Данные показывают, что затраты при грузовместимости 128 кг почти в 2,5 раза выше, чем при грузовместимости 1000 кг при урожайности 35 т/га и в два раза выше при урожайности 10 т/га.
Затраты средств на погрузку при урожайности 10 т/га минимальны при грузовместимости контейнера около 1 т, при урожайности 20-30 т/га затраты минимальны при грузовместимости контейнера 1,4 т. Оптимальная грузовместимость контейнера для урожайности от 10 до 30 т/га находится в пределах 1,0 — 1,4 т (по затратам средств).
Приведенные выше материалы по оптимизации грузовместимости МОК позволяют сделать следующие выводы.
1. Суммарные затраты труда и средств в зависимости от грузовместимости мягкого контейнера имеют выраженный минимум. С ростом урожайности по обоим критериям минимум перемещается в сторону увеличения грузовместимости. При увеличении урожайности с 10 до 30 т/га минимум затрат труда находится в диапазоне 0,40...0,65 т грузовместимости контейнера и составляет 0,93 - 0,62 чел.-ч/т. По затратам средств при той же урожайности оптимальная грузовместимость изменяется от 1,0 до 1,4 т.
2. По затратам труда оптимальная грузовместимость контейнера меньше, чем по затратам средств, независимо от урожайности. Для зон с ограниченными трудовыми ресурсами следует ориентировать оптимальную грузовместимость контейнера по критерию "Затраты труда".
3. Для Свердловской области, где урожайность картофеля находится в пределах 10-15 т/га, по критерию "Затраты труда" оптимальная грузовместимость контейнера составляет 425 кг. Для данной грузовместимости целесообразно использовать погрузчик ПФ-0,5 с трактором класса 14 кН.
4. Обладая емкостью, соответствующей стандартным контейнерам, мягкие контейнеры имеют массу в 10-12 раз меньше, картофель закрыт от солнечных лучей, вызывающих его позеленение.
5. Мягкие контейнеры удобны в транспортировке и значительно дешевле обходится их изготовление.
Уборка урожая
А. Подготовка к уборке
Разработано [73] орудие для удаления ботвы на грядах. Рабочие органы его обрабатывают верхний контур гряды, копируя ее профиль. За один проход обрабатываются две гряды. Агрегатируется машина с тракторами класса 0,9 и 1,4.
Привод рабочих органов осуществляется от ВОМ трактора через редуктор (без изменения частоты вращения) и клиноременную передачу, увеличивающую частоту вращения в 1,5 раза. Скорость движения агрегата до 12 км/ч, частота вращения барабана 1500 об/мин (диаметр рабочих органов 570, 720 мм), производительность за час основного времени 3 га.
При возделывании картофеля на грядах и гребнях для механического дробления и удаления ботвы используются серийные машины КИР-1,5; БД-6 и другие.
Для химического уничтожения ботвы при грядовой технологии возделывания применяют серийные опрыскиватели.
Б. Уборка
Широкие междугрядья при возделывании картофеля на грядах предупреждают уплотнение клубненесущего слоя, что позволяет применять комбайны.
Уборку картофеля, в том числе и с гряд, можно производить тремя способами:
- подкапывание копателями КСТ-1,4, КТН-2Б и другими с последующей ручной подборкой в контейнеры (мешки), транспортные средства;
- уборка копателем УКВ-2 с укладкой в валки и последующей подборкой комбайном;
- уборка комбайном.
Для уборки с гряд предназначен комбайн КПК-2-02. Возможно [73] использование комбайнов КПК-2 и КПК-3.
У комбайна КПК-2 оставляют два диска-копателя, обеспечив расстояние между ними 800 - 900 мм; КПК-3 позволяет выполнять уборку двух гряд за один проход, что повышает производительность труда до 30%.
Перечень техники, обеспечивающей механизированную уборку урожая картофеля, представлен в приложении 24.
Возделывание картофеля по грядовой технологии обеспечивает сохранность клубненесущего слоя от уплотнения и позволяет убирать урожай комбайнами.
Результаты расчетов технико-экономических показателей технологии формирования КНС почвы с уборкой урожая приведены в приложении 23 и на рисунке 6.2.
Затраты труда по разработанной технологии формирования КНС с комбайновой уборкой картофеля на 357 чел.-ч (16,8%) меньше, чем при возделывании по базовой технологии с подкапыванием картофеля копателем и последующей ручной подборкой. Экономия затрат средств составила 63504 рубля (11,5%).
В. Погрузка урожая картофеля после подбора
Для мелких предприятий и фермерских хозяйств, возделывающих картофель на небольших площадях, уборка комбайном является проблематичной. Уборка копателем с последующей подборкой предусматривает использование тары в виде мешков и контейнеров. Разработанные мягкие оборотные контейнеры (МОК) позволяют экономить живой труд и средства при выполнении погрузочных работ.
Расчеты затрат труда и средств при использовании на погрузке мешкотары и контейнеров, проведенные по разработанной программе отражены в приложении 23 и на рисунке 6.3.
Максимальные затраты труда и средств связаны с использованием мешкотары при погрузке и разгрузке картофеля. Использование стандартных контейнеров с погрузчиком, по расчетным данным, снижает затраты труда по сравнению с ручной погрузкой картофеля, затаренного в мешки (расчет на 100 га, 1400 т), в 14 раз, затраты средств - на 116813 руб. (69,5%).
Затраты труда при использовании МОК по сравнению с использованием стандартных контейнеров сокращаются на 67,2 чел.-ч (22,1%) на указанный объем работ, затраты средств - на 14491,6 рубля (28,4%).
Г. Комбайновая уборка с использованием контейнеров
Технология уборки картофеля заключается в извлечении клубней из почвы, отделении почвенных примесей в виде комков (глыб) и затаривании клубней в емкости для дальнейшего перемещения.
Известен способ уборки картофеля, включающий подкапывание гнезд, отделение- клубней от почвы и растительных остатков и погрузку урожая в транспортные средства.
Преимуществами такой технологии по сравнению с ручной подборкой после копателя является снижение затрат ручного труда при подборе клубней, повышение производительности. При этом предусмотрено введение в технологию транспортной операции, выполняемой специальной машиной, технологически жестко связанной с уборочной.
Недостатком такого способа уборки является то, что простои одной машины вызывают неминуемые простои другой. Кроме того, отсутствие бункера на некоторых уборочных машинах приводит к нерациональному перемещению груза по полю транспортной машиной параллельно движению уборочной. При этом затрачивается дополнительная энергия, разрушается структура почвы ходовым аппаратом, снижается производительность транспортных средств.
Усовершенствованная технология уборки и уборочной машины состоит в затаривания убранного материала в контейнеры, устанавливаемые на уборочной машине и оставляемые на поле после их заполнения для последующей погрузки в транспортные средства.
Такой способ уборки позволяет исключить жесткую связь между уборочной машиной и транспортным средством, простои машин от взаимного влияния по причинам технического состояния и организационным.
Уборочная машина (рис. 6.4) включает опорное колесо, которым регулируется глубина хода подкапывающего лемеха. Система сепарации вороха включает сепарирующий элеватор, баллон-комкодавитель, грохот, ботвоудалитель, поперечный транспортер.
Далее клубни попадают на загрузочный транспортер и ссыпаются в контейнер. После заполнения контейнер перемещается с платформы на убранную поверхность поля путем скольжения за счет наклона платформы. Перед загрузкой контейнер фиксируется на стойке. Смену контейнера выполняет рабочий, находящийся на площадке. Запас контейнеров располагается на платформе.
После заполнения контейнера рабочий на площадке перекрывает картофеле-провод, устанавливаемый на выходе из загрузочного транспортера, наклоняет платформу, и контейнер скатывается на убранную поверхность поля. Рабочий возвращает платформу в исходное положение, устанавливает пустой контейнер на стойки и открывает картофелепровод, и процесс повторяется.
Такая технология разрывает жесткую связь уборочной и транспортной машин, процесс уборки идет непрерывно (рис. 6.5), повышается производительность техники на уборке, исключаются простои транспорта в ожидании погрузки, снижаются затраты на уборку и себестоимость продукции.
