Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние механизации и исследований процесса уборки и отделения почвы от клубней картофеля. Обоснование темы. Цель и задачи исследования 9
1.1. Способы уборки картофеля 9
1.1.1 .Уборка картофелекопателем с подбором клубней вручную 9
1.1 .2. Прямое комбайнирование 10
1.1.3. Раздельный способ уборки 13
1.1 .4. Комбинированный способ уборки 14
1.2. Машины используемые на уборке картофеля 16
1.3. Состояние исследований процесса отделения почвы от клубней картофеля 40
1.4. Цель и задачи исследований 41
2. Обоснование и описание перспективной конструктивно-технологической схемы картофелеуборочной машины 43
2.1. Обоснование перспективной конструктивно-технологической схемы картофелеуборочной машины 43
2.2. Описание перспективной конструктивно- технологической схемы картофелеуборочной машины 46
3. Лабораторные исследования процесса удаления почвы почвоотделительным устройством 49
3.1. Состояние вопроса и задачи исследования 50
3.2. Описание лабораторной установки 53
3.3. Методика проведения и обработки результатов лабораторных исследований 54
3.4. Результаты лабораторных исследований 59
3.4.1. Влияние толщины отрезных дисков на величину нормального напряжения и просыпание почвы 59
3.4.2. Влияние влажности почвы на величину нормального напряжения и осыпание почвы 61
3.4.3. Влияние расстояния между отрезными дисками на величину нормального напряжения и осыпание почвы 61
3.5. Выводы по разделу 63
4. Лабораторные исследования процесса уплотнения поверхности почвы уплотняющим устройством 65
4.1. Состояние вопроса и задачи исследования 66
4.2. Описание лабораторной установки 67
4.3. Методика проведения и обработки результатов лабораторных исследований 69
4.4. Результаты лабораторных исследований процесса уплотнения поверхности почвы 72
4.4.1. Влияние массы уплотняющего устройства на величину сопротивления перемещению и глубину образуемой колеи 73
4.4.2. Влияние влажности почвы на величину сопротивления перемещению и глубину образуемой колеи 76
4.4.3. Влияние скорости движения уплотняющего устройства на величину сопротивления перемещению и глубину образуемой колеи 79
4.4.4. Влияние скорости движения, массы уплотняющего устройства, влажности почвы на величину заглубления клубней сошедших со скатной доски 82
4.5. Выводы по разделу 84
5. Размерные характеристики картофельных гнезд двух смежных рядков 87
5.1. Состояние вопроса и программа исследований 87
5.2. Характеристика изучаемых сортов картофеля 89
5.3. Методика проведения исследований размерных характеристик гнезд картофеля расположенных в смежных рядках 90
5.4. Размерная характеристика гнезд картофеля расположенных в смежных рядках 93
5.5. Выводы по разделу 94
6. Теоретическое исследование работы дискового почвоотделительного устройства 96
6.1. Теоретическое обоснование удаления почвы из междискового пространства 97
6.2. Теоретическое обоснование расстояния между отрезными дисками почвоотделительного устройства 97
6.3. Теоретическое исследование процесса удаления почвы из междискового пространства 101
6.3.1 .Заклинивание почвы между отрезными дисками 104
6.3.2.Влияние дисков на траекторию движения почвы 107
6.3.3.Траектория движения почвы не взаимодействующей с поверхностью дисков 109
6.4. Конструктивные параметры почвоотделительного устройства 112
6.5. Выводы по разделу. 115
7. Исследования и испытания опытного образца картофелеуборочной машины в полевых условиях 117
7.1. Описание конструкции и схемы технологического процесса работы картофелеуборочной машины, оснащенной почвоотделительным и уплотняющим устройствами 118
7.2. Методика полевых исследований опытного образца картофелеуборочной машины 121
7.3. Условия проведения опытов 125
7.4. Результаты полевых исследований двухрядной картофелеуборочной машины оснащенной почвоотделительным и уплотняющим устройствами 125
7.4.1. Влияние междискового расстояния на качество работы дискового почвоотделительного устройства 125
7.4.2. Влияние массы уплотняющего устройства на качество образуемого картофельного валка 134
7.5. Выводы по разделу 138
8. Производственная проверка и экономическая эффективность предлагаемой машины 139
8.1. Производственная проверка 139
8.2. Экономическая эффективность 143
8.3. Выводы по разделу 154
9. Основные выводы и рекомендации 156
Список литературы 158
Приложения 167
- Машины используемые на уборке картофеля
- Влияние скорости движения уплотняющего устройства на величину сопротивления перемещению и глубину образуемой колеи
- Влияние междискового расстояния на качество работы дискового почвоотделительного устройства
- Экономическая эффективность
Машины используемые на уборке картофеля
Машины для уборки картофеля делятся на четыре основных типа: копачи, картофелекопатели швыряльного типа, картофелекопатели просеивающего типа.картофелеуборочные комбайны.
Простейшими орудиями для уборки картофеля являются копачи и плуги которые подкапывая грядки картофеля, нарушают связь кустов с почвой и частично выкапывают клубни на поверхность почвы, 75-80% [ 25 \ При этом затраты труда на подбор клубней составляют 190-250 чел.- час/га. Ъ настоящее время копачи как у нас так и за рубежом не производятся \ 261.
На смену плугам и копачам пришли более сложные машины-картофелекопатели.
При уборке картофеля копатели подкапывают грядку, отделяют часть почвы и укладывают клубни вместе с ботвой на поверхность поля полосой до 1.4 м или в ленту, справа по ходу, шириной до 0.5-0.6 м или полосой до 4.0-4.5 м копатели швыряльного типа. Уложенные на поверхность поля клубни подбираются вручную.
Картофелекопатели швыряльного типа применялись главным образом в районах повышенного увлажнения, где копатели просеивающего типа неработоспособны.
Основным недостатком всех швырялок является большой разброс клубней, засыпание их почвой до 25% , значительное повреждение клубней на каменистых почвах, большие затраты труда при подборе 130 чел.-час./га I 25].
К машинам данного типа относятся копатели: КТН-1 А, Ш-2, ККС-1, КШМ-Ш.
Картофелекопатели просеивающего типа являются более совершенными и делятся на элеваторные, барабанные и грохотные.
Наличие у них сепарирующих рабочих органов и возможность укладки клубней в более узкий валок, позволяют повысить производительность труда рабочих, занятых на подборе клубней. Затраты труда при подборе клубней составляют 70-130 чел.-час/га в зависимости от урожая и почвенно-климатических условий. Для снижения затрат труда иногда к картофелекопателю присоединяют прицепной переборочный стол, на котором клубни отделяют от ботвы, примесей и собираются в мешки. Это позволяет снизить затраты труда на 20-30% \ 27].
Копатели состоят из подкапывающих, сепарирующих и транспортирующих рабочих органов, смонтированных на одной общей раме, опирающейся на ходовую часть и опорные колеса. Копатели могут быть прицепными, полунавесными и навесными, одно- и двухрядными.
Наибольшее распространение получили грохотные и элеваторные картофелекопатели, последние имеют ряд таких преимуществ как: простота конструкции сепарирующих органов, малая повреждаемость клубней и хорошая их очистка. Это связано с меньшим временем нахождения клубней на элеваторе, чем на грохоте вибрационных копателей \ 25]. Недостатком прутковых элеваторов является быстрый износ прутков в местах зацепления, большая металлоемкость. Грохоты имеют более сложную конструкцию обеспечивающую им больший срок службы по сравнению с прутковыми элеваторами.
Картофелекопатель грохотного типа КВН-2М имеет двухрешетный трохот, при чем ъ тсачестве лемеха используется передняя тсромка первого решета грохота. Наличие колеблющегося лемеха позволяет лучше забирать подкапываемый слой почвы. Последний не разваливается на стороны, и поэтому исключает выпадение клубней из машины в местах подкопа. Б тоже время такой лемех подкапывает весь почвенный пласт по всей ширине захвата в том числе и междурядье не содержащее клубни, чем создает дополнительную нагрузку на рабочие органы машины.
Технологическая схема двухрядного элеваторного картофелекопателя КТН-2М представлена на рис. 1.3, основными узлами которого являются лемех 1, основной сепарирующий элеватор 2, опорные колеса 3, каскадный элеватор 4, стрясная решетка 5.
Копатель имеет производительность до 0.65 га/час, может работать при влажности почвы до 26%, количество поврежденных клубней примерно в два раза меньше, чем у копателя КВН-2М и составляет 2.8-3.3% , присыпанные остатками почвы клубней составляют 1.9-4.5% \ 25,28]. При работе на тяжелых почвах потери картофеля могут достигать 13% \ 4].
КТН-2М имеет два сепарирующих элеватора. Скорость движения каскадного элеватора выше, чем основного. За счет этого достигается усиленное тсрошение пласта почвы и улучшение сепарации при переходе с одного элеватора на другой.
Лемех картофелекопателя 3-х секционный плоский снабженный откидными пальцами, предотвращающими потери клубней цри переходе подкопанной массы с лемеха на элеватор. Для устранения потерь клубней с лемехов, по бокам крайних секций имеются боковины.
Основным недостатком лемеха машины является склонность к сгруживанию почвенной массы, увеличивающее тяговое сопротивление. При сильно развитой ботве копатель практически неработоспособен. В качестве сепарирующего органа используется крючковый элеватор, имеющий низкий срок службы, 20-30 га [ 25 ].
Конструкция картофелекопателя "КСТ-1.4 дополнена различными устройствами, позволяющими качественно улучшить работу машины, по сравнению с копателем КТН-2М.
Наличие копирующего колеса обеспечивает лемехам копателя стабильную глубину подкапывания почвенного пласта. Установленные впереди лемехов пассивные боковины в сочетании с активными лемехами предотвращает сгруживание ботвы в приемной части и устраняют возможность нависання растительных остатков и ботвы. Активные лемеха картофелекопателя хорошо разрушают пласт и уменьшают сопротивление резанию. В результате установки трех каскадных элеваторов, имеющих различную линейную скорость, улучшилось разрушение пласта и повысилась сепарация почвы.
Копатель КСТ-1.4 рекомендован для работы на всех видах почв, при влажности 10-27%, в том числе на влажных торфяниках с междурядьем посадок 60-70 см. Машина имеет производительность до 0.91 га/час. при скорости 1.93-8.3 км/час. [ 16,29,30 ].
Комбинированная схема сепарирующих органов применена в картофелекопателе-валкоукладчике УКВ-2, рис. 1.4. Копатель содержит прутковый элеватор и два решета грохота, а также ботвоудалитель. УКВ-2 предназначен для работы на всех видах почвы, имеет производительность до 0.45 га/час. и рабочую скорость 2.8-5.6 км/час. \ 31 ].
Совместное использование УКВ-2 и комбайна-подборщика повышает производительность уборки в 1.5-2 раза, снижает затраты труда и эксплуатационные издержки соответственно на 40-45 и 14-25% по Сравнению с црямым комбайнированием
Наличие в машине ботвоудалителя и подвижного поперечного транспортера, позволяет укладывать ботву отдельно от картофельного валка.
На картофелекопателе УКВ-2 установлен двухсекционный плоский лемех, с откидными клапанами на концах. Каждая секция лемеха съемная. Но сторонам лемеха установлены активные боковины, которые устраняют нависание ботвы, предотвращают боковой развал почвы с лемеха и забивание приемной части.
Двухсекционный лемех подкапывает на 20-25% почвы меньше, чем трехсекционный, однако оставляет в почве 10-12% клубней. Кроме того, наличие большого просвета между лемехами приводит к большому развалу грядки и большим потерям клубней картофеля 125 ].
Работы по совершенствованию существующих картофелеуборочных машин и по созданию новых продолжается и сейчас. Одной из таких конструкций, представляющей интерес, можно назвать машину для уборки корнеклубнеплодов [ 34 ].
Влияние скорости движения уплотняющего устройства на величину сопротивления перемещению и глубину образуемой колеи
Анализируя графическую интерпретацию функции h=fi(u), представленной на рис.4.9 и построенной по данным, представленным в приложении 5, можно сказать, что с увеличением скорости движения уплотняющего устройства глубина образованной колеи уменьшается.
Как видно на рис.4.9а,б, при незначительном весе единицы длины уплотняющего устройства 0.93 кН/м глубина колеи при скорости 1.96 м/с почти в два раза меньше, чем при скорости 0.81 м/с. Ври разной влажности почвы, рис.4.9а и рис.4.9.6, интенсивность изменения величины h остается практически одинаковой.
Кроме того при рассмотрении зависимости P=f(o), рис.4 Л О, построенной по данным, приведенным в приложении 5, так же наблюдается уменьшение сопротивления Р с увеличением скорости движения.
Анализируя приведенные графические зависимости h=f(u), рис.4.9 и P=f(o), рис.4.10, видно, что величина h убывает более интенсивно в отличие от Р, с увеличением скорости движения.
Дело в том, что при движении уплотняющего устройства происходит деформация почвы на определенную величину. Для того, чтобы произошла деформация необходимо время. С увеличением скорости движения время воздействия уплотняющего устройства на какую либо точку поверхности почвы, уменьшается. То есть в любой точке контакта устройства с почвой, ее деформация будет неполной. В следствии этого уплотняющее устройство "всплывает" на некоторую величину, тем самым уменьшается глубина колеи h.
С одной стороны величина Р должна так же как и h резко уменьшиться, но с другой стороны для придания телу большей скорости движения необходимо приложить большую силу.
Таким образом интенсивность уменьшения величины"? с увеличением скорости меньше, чем интенсивность уменьшения величины h.
Влияние междискового расстояния на качество работы дискового почвоотделительного устройства
Конструкция дискового почвоотделительного устройства, установленного в приемной части машины, допускает возможность изменения междискового расстояния в интервале от 0 до 0.40 м, с шагом 0.10 м. Влияние междискового расстояния на качество работы почвоотделительного устройства оценивалось следующими показателями: засоренность сходящего со скатного лотка картофельного вороха почвой ц; количество поврежденных в зоне междурядья клубней v; потери целых клубней в зоне междурядья ; присыпанные в валке клубни %.
По результатам обработки опытных данных, приложение 6, построены графики следующих зависимостей: засоренность вороха почвой при сходе со скатного лотка jLt=f(b), влияние междискового расстояния на количество клубней оказавшихся в зоне междурядья v=f(b), потери целых клубней в зоне междурядья =f(b), присыпанные в валке клубни x=f(b).
Из анализа графической зависимости u=f(b) , рие.7.6 можно сделать вывод, что величина междискового расстояния оказывает существенное влияние на содержание почвы в ворохе при сходе со скатного лотка. Так, если междисковое расстояния b равно 0 м, то есть минимально, то количество примесей почвы в конечном продукте максимально и равно 29.73%. При увеличении расстояния b свыше 0.10 м показатель JLI снижается и достигает своего минимального значения 8.81%, соответствующее Ь=0.40 м. Изменяя междисковое расстояние от 0 до 0.40 м можно сказать, что количество почвенных примесей на выходе снижается в 3.37 раза.
Анализ зависимости v=f(b), рис.7.7 показывает, что лучшее значение показателя v=0.00% получено при междисковом расстоянии до 0.20 м. С увеличением величины b до 0.30 м происходит незначительный рост показателя 2.26%. При достижении Ь=0.40 м наблюдается резкое увеличение v до 6.68%.
По результатам анализа зависимости =f(b), рис.7.8 можно сделать вывод, что при междисковом расстоянии до 0.20 м не наблюдаются потери целых клубней в зоне междурядья. Увеличение величины b в интервале от 0.20 до 0.40 м приводит к появлению и росту до 2.61% клубней попавших в междисковое пространство.
Одним из показателей качества работы дискового почвоотделительного устройства является наличие клубней в валке присыпанных остатками почвы,сходящей со скатного лотка, %=f(b), рис J .9. Анализируя данную зависимость, можно сказать, что увеличение междискового расстояния приводит к снижению числа присыпанных почвой клубней, при укладке валка. Это объясняется уменьшением количества почвенных примесей в конечном продукте при увеличении значения b . При Ъ находящемся в интервале от 0 до 0.40 м, количество присыпанных клубней снизилось с 29.95 до 9.75%, то есть на 67.44%, рис.7.10ирис.7.П.
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что увеличение значения b приводит к значительному снижению количества почвенных примесей в конечном продукте, уменьшении) числа присыпанных в валке клубней, но в тоже время ведет к увеличению потерь. К потерям в данном случае можно отнести клубни попавшие в междисковое пространство и поврежденные режущей кромкой дисков. Происходит это в следствии приближения плоскости отрезных дисков к гнезду картофеля, а в некоторых случаях пересекая его. Для того, чтобы избежать возникновения потерь при минимальном содержании почвенных примесей, необходимо установить оптимальную величину междискового расстояния.
Рассмотрим совместно следующие зависимости x=f(b),v=f(b) и =f(b). Сумма величин v, дает полное значение потерь, возникающих при работе дискового почвоотделительного устройства. Пересечение рассматриваемых зависимостей, рис. 7.12 даст точку, проекция которой на ось ординат будет соответствовать величине оптимального междискового расстояния. Так как в исследуемых пределах b графики не пересекаются, то можно только предположить, что пересечение будет при Ъ 40 см. Тогда на основании агротехнических требований на уборку картофеля, а именно, потери клубней не должны превышать 3 % [ 29,93 ], примем значение Ьопт равное 0,30 м, соответствующее потерям клубней в 2,98"%.
Определив рациональное значение Ьопт, оно было установлено в дисковом почвоотделительном устройстве. После этого опытный образец картофелеуборочной машины был испытан на различных скоростных режимах и при кинематическом параметре отрезных дисков равном 1 и 2.0 .
На основе полученных данных были построены зависимости jLt=f(o), рис. 7.13, 3C=f(u), рис. 7.14, они показываю, что увеличение значения X с 1 до 2.0 не оказывает влияние на качество работы как почвоотделителъного устройства, так и машины в целом.
Это подтверждается визуальными наблюдениями за прохождением почвенной массы через междисковое пространство и показателем и. при расстоянии, между отрезными дисками 0,10 м был отмечен постоянный выброс почвы на сепарирующие органы и переброс ее через ось дисков по ходу движения машины. Значение b 0.20 м обеспечивает беспрепятственное удаление почвы при ее влажности 23.00 - 26.50 %, что полностью подтверждается результатами лабораторных исследований процесса удаления почвы почвоотделигельным устройством, раздел 3.
Увеличение скорости движения машины с 4 до 7 км/ч приводит к росту засоренности на выходе с 10,44 до 37,34 %, а количество присыпанных в валке клубней, остатками почвы, возрастает до 7,53 %.
Кроме визуального наблюдения процесса удаления почвы, велась фиксация траектории движения почвы относительно поверхности режущего диска, рис. 7.15. Сравнивая расчетную траекторию Д и траекторию полученную в ходе полевого эксперимента III, можно сказать, что угол выхода почвы из междискового пространства в реальных условиях меньше, так как AM " меньше N AM ". Это объясняется тем, что в реальных условиях почвенный пласт сходящий с активного лемеха представляет собой почвенную массу с нарушенными внутренними связями. Следствием этого является слабое взаимодействие почвы с поверхностью дисков и уменьшение времени нахождения почвы в междисковом пространстве. Таким образом теоретические расчеты работоспособности дискового почвоотделителыюго устройства подтверждаются, то есть угол выхода почвы из междискового пространства не превышает расчетный. Следует также отметить, что слабое взаимодействие поверхности дисков с почвой позволяет снизить значение X до 1 без ухудшения качества работы почвоотделительного устройства. Это дает возможность отказаться от активного привода отрезных дисков, что значительно упрощает конструкцию.
Экономическая эффективность
Определяющим показателем картофелеуборочной машины при удовлетворительном качестве работы является производительность, так как с ней связаны значения основных эксплуатационных показателей.
Расчет технико-экономических показателей предлагаемой картофелеуборочной машины, произведен на основании хрономегражных наблюдений за ее работой в полевых условиях.
Базовой машиной, в сравнении с которой определялась экономическая эффективность предложенной конструкции, являлся широко используемый на уборке картофеля двухрядный картофелекопатель КСТ-1.4А.
Технико-экономические показатели определялись, исходя из величин трудозатрат и прямых издержек на один гектар, согласно известных методик и нормативных материалов] 29,94,95,96,97,98,99,100 ].
Экономическая эффективность картофелеуборочной машины оценивалась по следующим основным показателям:
- экономия затрат труда при эксплуатации машины; -годовая экономия эксплуатационных затрат;
- годовой экономический эффект по приведенным затратам;
- суммарный экономический эффект от применения новой машины.
Сравнительная технико-экономическая характеристика базовой и новой машины представлена в таблице 8.2.
Для определения экономической эффективности новой картофелеуборочной машины рассчитывают технические и экономические показатели, характеризующие работу базовой и новой машины.
Заработная плата рассчитывается исходя из трудоемкости выполненных работ и тарифных ставок соответствующего разряда, кроме основной платы труда начисляется дополнительная в размере 10... 15%, отчисления на отпуск 6.27% и социальные нужды 39%.
Накладные расходы СнР принимаются в размере 150...200% от фонда заработной платы.
