Введение к работе
Актуальность темы. Среди продуктов питания, картофель занимает особое место, оказывая существенное влияние, как на формирование структуры рынка, так и на обеспечение продовольственной безопасности России, которая является одним из мировых лидеров по валовому производству данной культуры, составившему в 2007г. в нашей стране 36,8 млн.т, при урожайности 12,8 т/га. По данным Федеральной службы государственной статистики производство картофеля за последние годы в целом по стране растет, несмотря на постоянное сокращение посевных площадей. Имеется необходимость повышения эффективности сельскохозяйственного производства данной культуры не только за счет увеличения ее урожайности, но и посредством широкой механизации технологии возделывания и уборки, что является одним из обязательных условий высокорентабельного выращивания картофеля в любых почвенно-климатических условиях.
На сегодняшний день использование комбайнового способа уборки является наиболее перспективным, т.к. при наименьших затратах труда позволяет организовать технологический цикл «уборка — транспортировка -потребитель». Но при данном способе имеет место достаточно большое количество поврежденных клубней, кроме того, при поставке урожая потребителям без дополнительной доочистки даже небольшое количество растительных и почвенных примесей является неприемлемым. В настоящее время из-за нехватки техники остро стоит вопрос выполнения агротехнических сроков проведения механизированных работ. Практика работы современных картофелеуборочных машин показывает, что они в должной мере не удовлетворяют агротехническим требованиям, и даже при оптимальных условиях уборки в таре для клубней имеется значительное количество почвы и растительных примесей, что связано с несовершенством сепарирующих органов.
В связи с этим создание, совершенствование, обоснование параметров рабочих органов картофелеуборочных машин, в том числе органов вторичной сепарации, является актуальной задачей.
Работа выполнена по плану НИР ФГОУ ВПО «Рязанский ГАТУ имени П.А.Костычева» на 2000...2010гг. по теме №19 от 17.01.2001 «Комплексное решение механизированной уборки картофеля» и согласуется с действиями правительства РФ (постановление № 446 от 14.07.2007 - О государственной программе развития сельского хозяйства на 2008...2012г.), предусматривающими "...ускоренный переход к использованию новых высокопроизводительных и ресурсосберегающих технологий".
Цель исследований. Повышение эффективности технологического процесса вторичной сепарации картофелеуборочной машины за счет снижения потерь и повреждений клубней путем совершенствования рабочего органа вторичной сепарации.
V!
Задачи исследований:
Обобщить результаты научных исследований органов вторичной сепарации картофелеуборочных машин и выявить перспективное направление их совершенствования.
Усовершенствовать конструктивно-технологическую схему органа вторичной сепарации картофелеуборочной машины с целью обеспечения выполнения технологического процесса в пределах агротехнических требований;
3. Обосновать рациональные параметры и режимы работы
усовершенствованного рабочего органа на основе механико-математического
моделирования технологического процесса вторичной сепарации примесей в
картофелеуборочных машинах.
4. Провести лабораторные исследования усовершенствованного органа
вторичной сепарации, с целью оптимизации конструктивных и кинематических
параметров и режимов его работы.
5. Установить закономерности изменения физико-механических и
размерных характеристик компонентов куста культуры картофеля широко
распространенных в центральной полосе России сортов на протяжении
уборочного периода, а также уточнить некоторые известные характеристики
компонентов клубненосного вороха.
6. Определить агротехнические показатели и режимы работы серийных и
усовершенствованных картофелеуборочных машин при полевых испытаниях.
7. Определить технико-экономическую эффективность применения
усовершенствованного органа вторичной сепарации на картофелеуборочных
машинах.
Объекты исследований. Картофелеуборочные машины,
технологический процесс и рабочий орган вторичной сепарации картофелеуборочной машины, физико-механические и размерные характеристики компонентов клубненосного вороха.
Предмет исследований. Теоретические и экспериментальные закономерности технологического процесса вторичной сепарации в картофелеуборочной машине. Закономерности изменения физико-механических и размерных характеристик компонентов куста картофеля на протяжении уборочного периода.
Методика исследований. Теоретические исследования выполнены на основе механико-математического моделирования технологического процесса вторичной сепарации клубненосного вороха, в том числе с использованием программы «MathCAD». Обоснование конструктивных и кинематических параметров, а также расчет эксплуатационных показателей рабочего органа проводились как по известным, так и по разработанным оригинальным методикам. Исследование изменения физико-механических и размерных характеристик компонентов клубненосного вороха проводилось с использованием пакета программ «Statistica». Экспериментальные исследования агротехнических показателей работы усовершенствованного рабочего органа выполнены с использованием теории планирования
полнофакторного эксперимента (далее ПФЭ). Обработка результатов исследований проведена методами математической статистики. Научная новизна:
Механико-математическая модель технологического процесса вторичной сепарации усовершенствованным рабочим органом, состоящим из сепарирующей горки с вращающимся клубнеотражателем, снабженным обрезиненными пальцами, обеспечивающим более полное выделение растительных примесей и минимальные повреждения урожая за счет исключения защемления клубней между полотном горки и клубнеотражателем.
Закономерности изменения физико-механических и размерных характеристик компонентов куста культуры картофеля на протяжении уборочного периода.
3. Математические модели, полученные на основе экспериментальных
исследований усовершенствованного рабочего органа вторичной сепарации,
характеризующие количество потерь, повреждений клубней и полноту
сепарации почвенных и растительных примесей в зависимости от подачи
вороха, количества клубней в ворохе не отделенных от ботвы, рабочего зазора
между полотном горки и валом клубнеотражателя, частоты вращения
клубнеотражателя.
Практическая ценность работы:
1. Конструктивно-технологическая схема рабочего органа вторичной
сепарации (патент РФ № 63637), включающего продольную прямоточную
сепарирующую горку, с установленным над её поверхностью
клубнеотражателем, снабженным обрезиненными пальцами с закругленной
вершиной и размещенными по всей рабочей поверхности клубнеотражателя на
равном расстоянии друг от друга.
2. Закономерности изменения физико-механических и размерных
характеристик компонентов куста культуры картофеля сортов различной
скороспелости на протяжении уборочного периода.
3. Результаты оценки агротехнических показателей работы
картофелеуборочных комбайнов с сепарирующей горкой оснащенной
клубнеотражателем с пальцами.
4. Результаты оценки технико-экономической эффективности применения
картофелеуборочных комбайнов КПК-2-01 с сепарирующей горкой
оснащенной клубнеотражателем с пальцами.
Достоверность основных положений подтверждена сходимостью результатов теоретических и лабораторных исследований (расхождения менее 5%), а также положительными результатами полевых испытаний.
Реализация результатов исследования. На основании проведенных исследований изготовлены опытные образцы рабочего органа вторичной сепарации, которыми оборудованы картофелеуборочные комбайны семейства «КПК», успешно прошедшие полевые испытания на полях Рязанской и Тульской областей на общей площади более 150 га. Материалы исследований переданы на ОАО «Рязанский завод сельскохозяйственного машиностроения» и ООО «РКЗ-комплект», где они используются при разработке и
проектировании новых и модернизации серийных органов вторичной сепарации картофелеуборочных комбайнов семейства «КПК». Основные положения, выносимые на защиту:
1. Усовершенствованная конструктивно-технологическая схема рабочего
органа вторичной сепарации - продольная прямоточная сепарирующая горка с
клубнеотражателем, снабженным обрезиненными пальцами;
2. Механико-математическая модель процесса вторичной сепарации
клубненосного вороха в картофелеуборочной машине усовершенствованным
органом вторичной сепарации;
Закономерности изменения физико-механических и размерных характеристик компонентов куста картофеля сортов различной скороспелости на протяжении уборочного периода, а также результаты исследования характеристик компонентов клубненосного вороха.
Математические модели, характеризующие полноту сепарации почвенных и растительных примесей, потери и повреждения урожая при работе сепарирующей горки оснащенной клубнеотражателем с пальцами, полученные в результате лабораторных исследований эффективности её функционирования.
Результаты полевых испытаний и исследований эффективности функционирования усовершенствованных и серийных комбайнов КПК-2-01.
6. Результаты технико-экономической оценки применения
разработанного органа вторичной сепарации на картофелеуборочных
комбайнах КПК-2-01.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и обсуждены на: всероссийских и международных научных конференциях ФГОУ ВПО «Рязанский ГАТУ имени П.А. Костычева» (2005...2008 гг.); ФГОУ ВПО «Ижевская ГСХА» (2005 г.); ГНУ «ВНИИКХ имени А.Г. Лорха» (2006, 2008 г.); ФГОУ ВПО «Брянская ГСХА» (2006 г.); ФГОУ ВПО «Московский ГАУ имени В.П. Горячкина» (2005...2008 гг.), ГОУ «Мордовский ГУ имени Н.П. Огарева» (2007 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы получен 1 патент РФ, опубликовано 13 печатных работ, в том числе: 2 - в изданиях рекомендованных ВАК РФ, 2 - в зарубежных изданиях; 7 - в международных сборниках, 2 - во всероссийских сборниках.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 165 наименований, в том числе 17 на иностранных языках и приложения. Работа изложена на 142 страницах текста, содержит 22 таблицы и 38 рисунков.
