Введение к работе
Актуальность темы исследования. Производство картофеля по машинным технологиям является одним из перспективнейших направлений развития мирового агропромышленного комплекса. Его возделывают в более чем 130 странах мира на площади 20 млн. га, с которой ежегодно собирают свыше 300 млн. тонн клубней. Россия стабильно занимает лидирующие места в списке производителей картофеля по величине валового сбора (9-14% от мирового объема производства). В 2012 году в РФ данную культуру выращивали на площади около 2 млн. га, было собрано более 29 млн. тонн. Трудозатраты на производство картофеля в нашей стране зачастую достигают 500 чел-ч на 1 га, что делает его выращивание экономически неэффективным. Решением данной проблемы является использование машинных технологий производства этой культуры, которые предусматривают в том числе применение высокоэффективной производительной техники для подготовки поля, посадки, культивации, защиты растений, уборки и послеуборочной доработки продукции. Основные трудо- и энергозатраты (до 60% и более) при этом приходятся на заключительную стадию технологического процесса производства "второго хлеба" - уборку. Данная ситуация связана в первую очередь с недостаточной эффективностью сепарирующих рабочих органов картофелеуборочных машин. В связи с этим повышение эффективности функционирования картофелеуборочных машин, в том числе путем совершенствования технологического процесса и органов выносной сепарации, является актуальной научно-технической 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, Н.Ф. Диденко, М.Н. Ерохина, И.М. Зорина, Н.Н. Колчина, В.Ю. Кривошеева, М.Н. Летошнева, А.В. Паршкова, Г.Д. Петрова, 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. Noack, A. Peis и др. Однако, не смотря 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 в соответствии с планом НИР ФГБОУ ВПО РГАТУ на 2011...2015 гг. по теме «Совершенствование технологических процессов, разработка и повышение надежности технических средств возделывания, уборки, транспортировки и хранения сельскохозяйственных культур в условиях ЦФО РФ» (номер гос. регистрации 01201174432), 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 картофелеуборочных машин совершенствованием органов выносной сепарации.
Объект исследований - технологический процесс выносной сепарации в картофелеуборочных машинах.
Предмет исследований - теоретические и экспериментальные закономерности технологического процесса выносной сепарации в картофелеуборочных машинах.
Научная проблема заключается в необходимости повышения эффективности функционирования картофелеуборочных машин, в том числе путем совершенствования органов выносной сепарации.
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
-
Конструктивно-технологическая схема усовершенствованного органа выносной сепарации картофелеуборочных машин.
-
Методика обоснования рациональных конструктивных и кинематических параметров лопастного отбойного валика органа выносной сепарации картофелеуборочных машин.
-
Аналитические зависимости, полученные на основе экспериментальных исследований и характеризующие взаимосвязь основных агротехнических показателей (полноты сепарации, потерь и повреждений клубней) с частотой вращения лопастного отбойного валика, углом наклона сепарирующей горки и с величиной подачи клубненосного вороха.
-
Результаты полевых испытаний и исследований эффективности функционирования картофелеуборочных комбайнов, оснащенных усовершенствованным органом выносной сепарации.
-
Технико-экономическая оценка применения усовершенствованного органа выносной сепарации в картофелеуборочных комбайнах.
Научную новизну работы составляют:
методика обоснования рациональных конструктивных и кинематических параметров лопастного отбойного валика органа выносной сепарации картофелеуборочных машин;
- аналитические зависимости, описывающие взаимосвязи полноты сепарации клубненосного вороха, потерь и повреждений клубней с конструктивными и кинематическими параметрами усовершенствованного органа выносной сепарации с учетом величины подачи вороха.
Практическую значимость работы представляют:
1. Оригинальная конструктивно-технологическая схема органа выносной
сепарации (патент РФ № 95960) картофелеуборочных машин, оснащенного
лопастным отбойным валиком, его рациональные параметры и режимы работы.
2. Результаты оценки агротехнических показателей работы
картофелеуборочных машин, оснащенных органом выносной сепарации с
лопастным отбойным валиком.
3. Оценка технико-экономической эффективности применения картофелеуборочных машин, оснащенных органом выносной сепарации с лопастным отбойным валиком.
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены
посредством моделирования технологического процесса выносной сепарации в
картофелеуборочных машинах на основе известных методов теоретической
механики и сопротивления материалов. Обоснование конструктивных и
кинематических параметров усовершенствованного органа выносной сепарации
проводилось как по известным, так и по разработанным оригинальным
методикам, в том числе с использованием пакетов программ «Microsoft Office»
и «MathCAD». Лабораторные исследования эффективности функционирования
органа выносной сепарации выполнены с использованием теории планирования
эксперимента по плану 2 ПФЭ. Обработка результатов исследований
проведена методами математической статистики. В поле оценка условий
проведения испытаний и эффективности функционирования
картофелеуборочных машин проводилась согласно ГОСТ 20915-75, ГОСТ Р 52778-2007 и СТО АИСТ 8.5-2006. Достоверность основных положений работы подтверждена сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований (расхождение не более 2,6%), и положительными результатами хозяйственных испытаний.
Реализация результатов исследования. Усовершенствованные органы выносной сепарации с лопастным отбойным валиком картофелеуборочных машин изготовлены и прошли опытно-производственную проверку в период массовой уборки картофеля (конец августа - начало октября) 2009-2011 гг. в крестьянско-фермерском хозяйстве ИП «Чесноков А.В.» Ухоловского района и ОАО «Аграрий» Касимовского района Рязанской области на общей площади более 150 га.
Личный вклад автора состоит в обобщении теоретических и экспериментальных результатов исследований, проведенных автором как самостоятельно, так и в соавторстве. При этом автору принадлежат: участие в постановке проблемы в целом, 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 всероссийских и международных научных конференциях Рязанского ГАТУ им. П.А. Костычева (2009...2013 гг.), Мордовского ГУ (2009 г.), Московского ГАУ им. В.П. Горячкина (2011 г.), Саратовского ГАУ (2011 г.), ГНУ ВИМ Россельхозакадемии (2011 г.), на Международной выставке инноваций «Ехроргіогпул2011» (Москва, Экспоцентр, 2011 г.), Московских международных салонах изобретений и инновационных технологий «Архимед-2012» и «Архимед-2013». Автор награжден специальным призом Министерства сельского хозяйства и продовольствия Рязанской области в рамках конкурса «Молодой ученый года-2012» имени академика И.П. Павлова.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 14 печатных работ, в том числе 6 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации результатов диссертационных работ на соискание ученых степеней кандидата и доктора наук, получено 2 патента РФ: на полезную модель и на изобретение. Общий объем публикаций составил 4,46 п.л., из них лично соискателю принадлежит 1,49 п.л.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 153 наименований, в том числе 16 на иностранных языках и приложений. Работа изложена на 168 страницах текста, содержит 13 таблиц и 71 рисунок.
