Введение к работе
Актуальность темы. Картофель в России занимает одну из ключевых позиций среди самых потребляемых продуктов растениеводства и находится на втором месте после хлеба и хлебопродуктов.
В структуре производства картофеля уборка является одной из самых сложных и энергоёмких технологических операций, от качества выполнения которой в значительной мере зависят трудоёмкость последующих операций и длительность хранения полученной продукции. В отличие от многих других культур, для сбора урожая картофеля необходимо подкапывать большой по объёму и массе пласт почвы и выделять из него клубни с чистотой в бункере комбайна не менее 80 % и поврежденностью более 3 %.
При возделывании картофеля на средне- и тяжёлосуглинистых почвах, подверженных уплотнению в период ухода, к моменту уборки при подкапывании клубненосного слоя картофелеуборочными комбайнами образуется значительное количество почвенных комков, которые не отделяются сепарирующими рабочими органами комбайна. При этом содержание почвы в ворохе картофеля, поступающего в бункер, превышает 20 % и не соответствует агротехническим требованиям. В связи с этим картофелеуборочные комбайны, выпускаемые промышленностью, могут работать только на песчаных, супесчаных и средних по гранулометрическому составу почвах с оптимальной влажностью. На тяжёлых почвах чистота вороха картофеля не превышает 55–74 %, а поврежденность клубней составляет 18–25 %. При этом усложняется послеуборочная доработка вороха картофеля, что вынуждает картофелеводческие хозяйства на операциях уборки и послеуборочной доработки широко использовать ручной труд, значительно повышающий себестоимость конечной продукции.
Вся работа, предшествующая уборке, должна быть направлена на разрыхление структуры клубненосного слоя, удаление из него прочных почвенных комков и создание условий, позволяющих существенно уменьшить поступление на сепарирующие органы уборочных машин почвенных примесей, соизмеримых с размерами клубней картофеля. Выполнение этих условий позволит повысить эффективность использования комбайнов на тяжёлых почвах и снизить потери и поврежденность клубней картофеля.
Работа выполнена в соответствии с планом приоритетных научных направлений ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» по теме № 2 «Модернизация инженерно-технического обеспечения АПК», пп. «Разработка образцов сельскохозяйственных машин, орудий и мобильной техники» (гос. рег. № 01201151795), целевой программой «Развитие сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия Саратовской области на 2008–2012 годы» (закон Саратовской области № 228 от 09.11.2007 г.).
Цель работы – снижение содержания почвенных примесей в ворохе картофеля, поступающего в бункер комбайна, за счёт предуборочной обработки клубненосного слоя культиватором-рыхлителем.
Объект исследований – технологический процесс уборки картофеля с предварительным рыхлением клубненосного слоя.
Предмет исследований – закономерности повышения крошения почвы при взаимодействии с обрабатываемым слоем комбинированных рабочих органов культиватора-рыхлителя.
Методика исследования. При теоретических исследованиях использовали основные положения классической и земледельческой механики, сопротивления материалов и математического анализа. Экспериментальные исследования проводили в лабораторно-полевых и хозяйственных условиях в соответствии с действующими ГОСТами, ОСТами и частными методиками. Обработку результатов экспериментальных исследований выполняли с использованием ПК и программ STATISTICA и MathCAD.
Научная новизна. Получены аналитические выражения, устанавливающие зависимость степени крошения почвы от геометрической формы и скорости движения рабочих органов. Обоснована конструктивно-технологическая схема комбинированного рабочего органа и культиватора-рыхлителя для предуборочного рыхления клубненосного слоя посадок картофеля. Получены аналитические выражения, позволяющие определить основные параметры рабочих органов культиватора-рыхлителя, и математическая модель, устанавливающая зависимость степени крошения почвы от скорости движения и углов раствора рабочих органов.
Практическая значимость. Разработаны технологический процесс предуборочного рыхления гребневых посадок картофеля на средне- и тяжёлосуглинистых почвах с низкой влажностью, а также культиватор-рыхлитель с комбинированными рабочими органами, агрегатируемый с тракторами тягового класса 1,4, которые позволяют уменьшить содержание почвенных примесей в ворохе при уборке картофеля до 18 %, снизить травмируемость клубней на 23,6 % и обеспечить экономию затрат труда 14,3 %. Предлагаемый технологический процесс предуборочного рыхления клубненосного слоя дает возможность расширить диапазон применения картофелеуборочных комбайнов на почвах с тяжёлым гранулометрическим составом. Техническая новизна рыхлителя подтверждена патентом РФ на полезную модель № 92295.
Реализация результатов исследований. Культиватор-рыхлитель с комбинированными рабочими органами применяли для предуборочного рыхления гребневых посадок картофеля на полях ООО «Степное» и ФСО «Родники» Калининского района Саратовской области. Результаты теоретических исследований рекомендуется использовать научно-исследовательскими институтами, конструкторскими бюро и машиностроительными заводами при разработке рабочих органов и машин для уборки картофеля.
Апробация. Результаты исследований доложены и одобрены на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Саратовского ГАУ им. Н.И. Вавилова (2007–2011 гг.), на конференциях «Вавиловские чтения» (2007–2010 гг.), на Международной конференции, посвященной 90-летию Самарской ГСХА «Аграрная наука – сельскому хозяйству» (2010 г.), на Международной научно-практической конференции, посвящённой 70-летию профессора В.Ф. Дубинина (г. Саратов, 2010 г.), на III Российском форуме «Российским инновациям – российский капитал» (г. Ижевск, 2010 г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 9 работах, в том числе 2 статьи – в изданиях, включённых в «Перечень ведущих журналов и изданий…» ВАК РФ. Общий объем публикаций составляет 2,67 печ. л. (из них лично соискателю принадлежит 1,64 печ. л.). Получен патент на полезную модель РФ № 92295.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и 16 приложений. Работа изложена на 185 страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц, 82 иллюстрации. Список литературы включает в себя 145 наименований, в том числе 11 – на иностранных языках.
