Обоснование основных параметров и режимов работы ротационного рабочего органа для ухода за растениями картофеля тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Касимов, Николай Гайсович

• Касимов, Николай Гайсович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Касимов, Николай Гайсович

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Агротехника возделывания картофеля.

1.1.1 Характеристика условий для благоприятного роста и развития картофеля.

1.1.2 Агротехнические требования к уходу за растениями картофеля.

1.2 Анализ способов по уходу за растениями картофеля.

1.3 Обзор и анализ существующих технических средств для ухода за растениями картофеля.

1.3.1 Технические средства для ухода за растениями картофеля.

1.3.2 Существующие рабочие органы для ухода за растениями картофеля и их классификация.

1.4 Обоснование темы, рабочая гипотеза и задачи исследования.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

УХОДА ЗА РАСТЕНИЯМИ КАРТОФЕЛЯ РОТАЦИОННО-РЕАКТИВНЫМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ.

2.1 Схема ротационного рабочего органа и обоснование его основных конструктивных параметров.

2.2 Исследование влияния конструктивных и эксплуатационных параметров ротационного барабана на почву.

2.2.1 Общие закономерности воздействия ротационного барабана на почву.

2.2.2 Анализ движения почвы по рабочему элементу ротационного барабана.

2.2.3 Обоснование радиуса и поступательной скорости ротационного барабана.

2.3 Исследование траектории движения и обоснование числа рабочих элементов ротационного барабана.

2.4 Обоснование условия перекатывания ротационного барабана без буксования в плоскости обода почвозацепов.

Ф 2.5 Выводы по второй главе. 3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Программа экспериментальных исследований.

3.2 Методика экспериментальных исследований.

3.2.1 Методика лабораторных исследований технологического процесса ухода за растениями картофеля.

3.2.2 Методика проведения полевых исследований по уходу за растения-С ми картофеля и определение качественных показателей работы культиватора.

3.2.2.1 Влажность, плотность, твердость и гранулометрический состав почвы.

3.2.2.2 Исследование профиля гребня и определение качественных показателей ухода за растениями картофеля.

3.2.3 Выбор критерия оптимизации и управляющих факторов.

3.2.4 Краткая методика экспериментальных исследований по оптимизации параметров и режимов работы культиватора с ротационными рабочими органами.

3.2.5 Измерительные устройства, приборы и оборудование для исследования технологического процесса ухода за растениями картофеля.

3.2.6 Методика математической обработки результатов экспериментальных исследований.

3.3 Выводы к третьей главе.

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1 Исследование коэффициента буксования ротационного барабана в лабо-^ раторных условиях.

4.2 Статистические характеристики исследований гранулометрического со-^ става, влажности, плотности и твердости почвы.

4.3 Результаты определения геометрических параметров гребня.

4.4 Обработка результатов экспериментальных исследований.

4.5 Оценка результатов исследований процесса ухода за растениями картофеля ротационными барабанами в сравнении с серийными боронками БРУ-0,7.

4.6 Энергетическая оценка функционирования ротационного барабана.

4.7 Выводы к четвертой главе.

5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

КУЛЬТИВАТОРА С РОТАЦИОННЫМИ БАРАБАНАМИ

ДЛЯ УХОДА ЗА РАСТЕНИЯМИ КАРТОФЕЛЯ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование основных параметров и режимов работы ротационного рабочего органа для ухода за растениями картофеля»

Важнейшей задачей сельскохозяйственного производства является повышение эффективности всех его отраслей, обеспечение страны продовольствием и сырьем для перерабатывающей промышленности. Добиться решения этих задач возможно только при наличии прогрессивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур и эффективной почвообрабатывающей техники. Приоритетное место здесь принадлежит разработке и внедрению новых машин [8, 73, 81, 84, 141], рабочие органы которых могут обеспечить качественное выполнение технологического процесса при снижении его энергоемкости за счет более эффективного способа воздействия на почву.

Большое место в растениеводческой отрасли занимают пропашные и технические культуры [132, 179]. Особенно значимая роль в решении продовольственной проблемы отводится производству картофеля, относящегося к числу важнейших сельскохозяйственных культур разностороннего применения и обладающего высокой питательной ценностью и продуктивностью [61, 113, 124, 187]. Картофель, по сравнению с другими растениями, имеет некоторые преимущества в агроэкономическом отношении: это возможность выращивания в различных климатических зонах; получение более высокого выхода сухого вещества на единицу площади; биологическая ценность белка достигает 80 % и по количеству уступает только сое и гороху; является важным носителем витаминов Bi Вг С, ниацина, необходимых для человека минеральных веществ и микроэлементов.

Обладая значительными преимуществами, картофель как сельскохозяйственная культура не дает той урожайности, которая заложена в нем селекционерами. Из совокупности причин этого обстоятельства особенно выделяются -медленное внедрение передовых приемов агротехники и технологии возделывания, а также отсутствие необходимого набора высокопроизводительных машин по его возделыванию.

Отличительная особенность технологии возделывания картофеля заключается в том, что при возделывании проводится ряд операций по уходу за растениями в течение вегетационного периода. Уход за растениями картофеля особенно важен в начальный (довсходовый) период вегетации, так как именно в это время происходит формирование будущего урожая. И от того, насколько качественно будет проведен уход за растениями картофеля, зависит в целом будущий урожай [187, 188]. Для картофеля уход за растениями сочетается с неоднократным окучиванием.

В сельскохозяйственных машинах, которые применяются для этого, широкое применение нашли различные рабочие органы [1, 2, 3, 4, 5, 8, 30, 53, 57, 89, 109, 111, 121, 139, 140]. Однако они недостаточно качественно и эффективно выполняют необходимые операции. Существующие орудия с пассивными рабочими органами не обеспечивают требуемого качества уничтожения сорняков и крошения почвы, в результате чего условия произрастания клубней резко ухудшаются. Другие, например, фрезерные рабочие органы принудительного вращения, приводят к излишнему распылению почвы, имеют сложный привод и высокую металлоемкость.

В этом отношении актуальной представляется разработка бесприводных ротационных рабочих органов, позволяющих обеспечить эффективное уничтожение сорняков, требуемое качество рыхления почвы, снижение энергетических затрат на проведение ухода за растениями картофеля, упрощение привода рабочих органов и снижение металлоемкости машины в целом.

Цель исследования - повышение эффективности технологического процесса ухода за растениями картофеля за счет разработки и обоснования параметров и режимов работы ротационного рабочего органа.

Работа выполнена на кафедре «Эксплуатация машинно-тракторного парка» ФГОУ ВПО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия».

Объекты исследования. В качестве объектов исследования были выбраны технологический процесс ухода за растениями картофеля и экспериментальные ротационные рабочие органы для его осуществления.

Методика исследования. Исследования предусматривали разработку теоретических предпосылок, определяющих характер движения почвенных частиц при взаимодействии со скребками-планками ротационного барабана, ® экспериментальные исследования в лабораторных и полевых условиях, технико-экономическую оценку результатов исследований. При проведении экспериментальных исследований использованы стандартные и частные методики с применением физического и математического моделирования.

Научная новизна работы состоит в том, что

- теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены способ и устройство ротационного рабочего органа для ухода за растениями картофеля (решение ФИПС о выдаче патента на изобретение «Способ ухода за посадками ф картофеля и устройство для его осуществления»);

- определены оптимальные параметры и режимы работы ротационного барабана, обеспечивающие повышение эффективности уничтожения сорняков при уходе за растениями картофеля.

- разработана математическая модель технологического процесса ухода за растениями картофеля по критерию оптимизации - полнота уничтожения сорняков;

Достоверность основных положений и выводов подтверждена математи-® ческими выкладками, корректным использованием аппарата теоретической механики, данными экспериментальных исследований, положительными результатами производственных испытаний культиватора с применением ротационных барабанов.

Практическая ценность и реализация результатов исследования. Содержащиеся в диссертации научные положения и выводы позволяют на стадии разработки обосновать основные конструктивные параметры и режимы функ-• ционирования ротационного рабочего органа для ухода за растениями картофе

• ля, которые могут быть использованы проектно-конструкторскими и научноисследовательскими организациями.

Результаты исследования воплощены в экспериментальных образцах культиватора и внедрены в ОАО «Путь Ильича» Завьяловского района УР.

Апробация работы. Основные аспекты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов Ижевской ГСХА в 2002 - 2005 г. г., на научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов Казанской ГСХА в 2004 г.

Основные положения диссертации опубликованы в 9 работах, в том числе одна - в центральном издании. Получено одно решение ФИПС по заявке №2003 104059/12(004282) о выдаче патента на изобретение «Способ ухода за

• посадками картофеля и устройство для его осуществления».

На защиту выносятся следующие основные положения:

- усовершенствованный способ рыхления почвы и уничтожения сорняков при использовании экспериментального рабочего органа;

- схема, конструкция и параметры рабочего органа;

- аналитические зависимости для оценки эффективности воздействия

• рабочего органа на почву и определения его основных конструктивных и технологических параметров; результаты экспериментальных исследований и производственной проверки разработанных рабочих органов и их технико-экономическая эффективность.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит 141 страницу основного текста, 44 рисунка, 7 таблиц и 7 приложений. Список литературы включает 198 наименований.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Касимов, Николай Гайсович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ машин и их рабочих органов для ухода за растениями картофеля, а также состояние исследований в этой области, показали, что повышение качества технологического процесса ухода за растениями картофеля, снижение его энергоемкости достигается применением рабочих органов ротационно-реактивного типа.

2. Разработаны способ ухода за растениями картофеля и ротационный рабочий орган, повышающие полноту уничтожения сорняков путем их протаскивания скребками-планками вдоль профиля гребня.

Новизна способа ухода за растениями картофеля и устройство для его осуществления подтверждается положительным решением о выдаче патента на изобретение по заявке за №2003104059/12(004282).

3. Для определения рациональных значений радиуса и скорости поступательного движения рабочего органа предложен обобщённый критерий эффективности «К» выполняемого технологического процесса уничтожения сорняков и рыхления почвы, по наибольшему значению которого определены рациональные значения радиуса цилиндрической части барабана г=0,2 м и скорости поступательного движения Vm=2,5 м/с.

В зависимости от радиуса его цилиндрической части и размеров профиля гребня к моменту ухода установлены следующие геометрические параметры: общая ширина барабана 111=400 мм, ширина его цилиндрической части Шц=150 мм, диаметр цилиндрической части барабана d=400 мм, ширина скребков-планок S=25 мм, количество скребков-планок Z=12.16 шт.

4. Получена математическая модель технологического процесса ухода за растениями картофеля экспериментальным культиватором с применением ротационных барабанов по критерию оптимизации - полноте уничтожения сорняков. В результате анализа математической модели установлены рациональные значения скорости поступательного движения VM=2,45 м/с, регулируемой вертикальной нагрузки на барабан 148,7 Н, числа скребков-планок в количестве 16 шт.

5. Производственными испытаниями культиватора с ротационными барабанами в сравнении с серийными рабочими органами установлено, что степень рыхления почвы повышается на 13,2%, полнота уничтожения сорняков увеличивается до 36% и это в целом ведет к увеличению урожайности на 14,3%.

6. Использование предложенной конструкции рабочих органов для ухода за растениями картофеля позволяет получить суммарный экономический эффект от увеличения урожайности картофеля в размере 115,38 руб/га. (в ценах 2005 г.).

Совокупность изложенных в работе результатов теоретических и экспериментальных исследований могут быть использованы проектно-конструкторскими и научно-исследовательскими организациями.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Касимов, Николай Гайсович, 2005 год

1. А.с. 1500177 СССР, МКИ^ А 01 В 79/00. Способ ухода за посадками кар-тофеля и устройство для его осуществления/ Пшеченков К.А., МакущенкоА.Н., Зуев А.В., Старовойтов В.И., Шостаковский И.П., Попов А.В.(СССР). - 2 с : ил.

2. А.с. 1329633 СССР, МКИ^ А 01 В 13/02. Рабочий орган окучника/ Пшечен- ков К.А., Макущенко А.Н., Шостаковский И.П., Балабанов П.Р., Старовой-тов В.И. (СССР). - 2 с : ил.

3. А.с. 138771 СССР, МКИ^ А 01 В 21/02. Боронки ротационные для обработ- ки почвенных гребней, например, для посадки картофеля/ Кравченко И.Л.(СССР). - 2 с : ил.

4. А.с. 186784 СССР, МКИ^ А 01 В 21/04. Боронки ротационные для обработ- ки почвенных гребней, например, для посадки картофеля/ Овсюков В.Н.,Догановский М.Г., Михневич А.А. (СССР). - 2 с : ил.

5. А.с. 1517776 СССР, МКИ^ А 01 В 29/04. Прикатывающий каток- гребнеобразователь/ Мурзаев Ф.Ф. (СССР). - 2 с : ил.

6. А.с. 1329637 СССР, МКИ^ А 01 В 29/04. Почвообрабатывающее орудие/ Дерепаскин А.И., Терпиловский А.Ю., Марченко О.С., Бычков В.В., Ройт-берг Л.И., Сонис З.Г. (СССР). - 3 с : ил.

7. А.с. 330825 СССР, МКИ^ А 01 В 49/06. Комбинированная почвообрабаты- вающе-посевная машина / Хоменко М.С., Нагорный П.П., Зырянов В.А.,Грицишин М.И., Романенко М.Ф. (СССР). - 2 с : ил.

8. Абдрахманов Р.К. Машины и орудия для междурядной обработки почвы. (Конструкция, теория, расчет, эксплуатация) - Казань: Изд-во Казанскогоун-та, 2001.- 147 с.

9. Алгебов Х.К. Бесстыковая нарезка гребней //Картофель и овощи. - 1979. - .№9.-С. 15.

10. Алексашин В.К. Междурядная обработка /В.К. Алексащин //Овощи откры- того грунта. - М.: Колос, 1976. - 98-108.

11. Байкин Ю.Л. Влияние условий питания на развитие корневой системы кар- тофеля /Ю.Л. Байкин, Н.А. Иванов //Труды /Свердл. СХИ (Свердловск).-1978.-Т.51.-С.67-71.

12. Бахтин А.А. Разработка и обоснование нараметров ротационного рабочего органа для междурядной обработки картофеля, дис... к-та техн. наук. —Казань, 2003.-187 с.

13. Бахтин А.А. Разработка и обоснование нараметров ротационного рабочего органа для междурядной обработки картофеля, автореф... к-та техн. наук. -Казань, 2003.-20 с.

14. Бахтин П.У. Исследование физико-механических и технологических свойств основных тинов ночв СССР /П.У. Бахтин. - М.: Колос, 1969. -270 с.

15. Бацанов Н.С. Условия возделывания картофеля в севооборотах специали- зированных хозяйств Нечерноземной зоны /Н.С. Бацанов //Сборник науч.-тех. инф-ииИКХ.-М., 1959.-76 с.

16. Бащиров P.M. Математическая модель удельного сопротивления плуга/ P.M. Баширов, Ю.Г. Байрамгулов, И.Ф. Юсупов// Техника в сельском хо-зяйстве. - 2003.-Яо2-С.35-37.

17. Белова К.М. Влияние агротехнических приемов на урожайность и качество уборки картофеля /К.М. Белова //Труды НИИКХ. - М., 1972. - Вын. 13.-С.24-28.

18. Бешанов А.В. и др. Борьба с сорняками на полях Нечерноземья/ А.В. Бе- шанов, Г.Е. Шилов, О.С. Выдрина. - Л.: Колос. Ленингр. отд-ние, 1983. -166с.