Обоснование параметров и разработка ботвоудаляющего рабочего органа картофелеуборочных машин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Борычев, Сергей Николаевич

• Борычев, Сергей Николаевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Борычев, Сергей Николаевич

Введение.

ГЛАВА 1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1. Назначение и основные виды ботвоудаляющих рабочих органов картофелеуборочных машин.

1.2. Ботвоудаление на основе различия коэффициентов трения компонентов картофельного вороха.

1.3. Ботвоудаление на основе различия коэффициентов парусности компонентов картофельного вороха.

1.4. Ботвоудаление на основе различия размерных характеристик компонентов картофельного вороха

1.5. Задачи исследований.

1.6. Выводы.

ГЛАВА 2. Физико-механические свойства культуры картофеля, определяющие работу ботвоудалителей картофелеуборочных машин

2.1. Общие сведения о физико-механических свойствах.

2.2. Расположение и полеглость стеблей ботвы.

2.3. Размерно-массовая характеристика стеблей ботвы, клубней и их коэффициенты трения.

2.4. Прочностные свойства стеблей ботвы, столонов и клубней.

2.5. Выводы.

ГЛАВА 3. Теоретические исследования ботвоудаляющего рабочего органа картофелеуборочной машины

3.1. Новая конструкция ботвоудалителя пальчато-гребенчатого типа.

3.2. Обоснование основных параметров устройства

3.2.1. Выбор рационального размера выступов.

3.2.2. Оптимизация координат расположения выступов на отрывном валике.

3.3. Обоснование величины рабочего зазора между элеватором и отрывным валиком.

3.4. Анализ процесса соударения клубня и ботвоподводящего пальца второго ряда

3.4.1. Определение кинематических и энергетических параметров системы клубень - ботвоподводящий палец.

3.4.2. Расчет допустимой угловой скорости колебания ботвоподводящих пальцев.

3.5. Выводы.

ГЛАВА 4. Лабораторные исследования

4.1. Программа исследований процесса ботвоудаления.

4.2. Описание лабораторной установки.

4.3. Методика экспериментальных исследований процесса ботвоудаления и обработки опытных данных.

4.4. Результаты исследований ботвоудаляющих устройств.

4.5. Программа и методика исследований модуля упругости материала выступов.

4.6. Результаты исследования модуля упругости материала выступов.

4.7. Выводы.

ГЛАВА 5. Полевые исследования и результаты технико-экономической эффективности применения нового ботвоудалителя

5.1. Программа полевых исследований.

5.2. Методика исследований физико-механических свойств культуры картофеля.

5.3. Методика и результаты хозяйственных испытаний экспериментального копателя-погрузчика.

5.4. Технико-экономическая эффективность применения разработанного ботвоудалителя на копателе-погрузчике

5.4.1. Экономический эффект от снижения эксплуатационных затрат.

5.4.2. Экономический эффект от снижения повреждений и потерь клубней.

4 ' ;

5.4.3. Определение границ экономической эффективности применения экспериментального варианта копателя-погрузчика.

5.5. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование параметров и разработка ботвоудаляющего рабочего органа картофелеуборочных машин»

Картофель в Российской Федерации является одной из основных продовольственных культур, не уступающих по своей ценности зерну. По данным на 1998г. площадь его возделывания составила 3,27 млн. га, что обеспечивает нашей стране лидирующее место в мире по уровню валового сбора - 31,2 млн. т или около 15 % от мирового производства [112]. В то же время средняя урожайность картофеля в период с 1995 г. по 1998 г. не превышала 11,7 ц/га [12,112]. Это в несколько раз меньше, чем в развитых странах Западной Европы и США. Ситуация так же усугубляется и тем, что сельскохозяйственный производитель оказался в условиях жестких экономических отношений, когда государственные закупки картофеля в период с 1991 по 1997 г. сократились в 12 раз [52]. В результате возникла острая необходимость повышения эффективности сельскохозяйственного производства, что невозможно только за счет увеличения урожайности культуры, а должно сопровождаться и широкой механизацией технологии ее возделывания и уборки. Отметим, что трудозатраты на уборку составляют 45.70 % от общих трудозатрат [75,108]. Их снижение возможно только за счет применения новых технологий и сельскохозяйственной техники, отвечающей всем агротехническим требованиям предъявляемым к уборочным машинам. При наименьших затратах труда должно обеспечиваться: чистота клубней в таре 97 % и более, минимальные повреждения - до 5 % и потери 4.6 % клубней [93].

Между тем практика работы современных картофелеуборочных машин показывает, что они в должной мере не удовлетворяют этим требованиям. Даже при оптимальных условиях: высокой урожайности картофеля, низкой засоренности поля сорняками и влажности почвы 18-20 %, в таре для клубней имеются почва и растительные примеси. Последнее связано с несовершенством ботвоуда-лителей картофелеуборочных машин и не может быть исключено наличием такой агротехнической операции, как предварительное удаление ботвы на поле -механическим, химическим или комбинированным способом [99]. Потому, что механический способ обеспечивает только от 50 до 70% полноту скашивания растительных примесей на поле [115], химический и комбинированный способ, имеющие высокую степень удаления растительных примесей [109], на сегодняшний день в России широкого распространения не получили. Так как их дороговизна приводит к увеличению себестоимости продукции. Плюс ко всему, все перечисленные способы предварительного удаления ботвы не могут обеспечить отделение клубней от столонов, которые находятся внутри грядки.

Все это, а также то, что вопрос отделения растительных примесей от клубней в картофелеуборочных машинах, в отличие от подкопа клубненосного пласта грядки и его сепарации мало изучен, хотя и является одним из основных, подтверждает целесообразность продолжения изысканий и исследований данного вопроса.

В связи с этим, создание, совершенствование и обоснование рабочих параметров ботвоудаляющих рабочих органов применяемых в картофелеуборочных машинах, является актуальной народнохозяйственной задачей!

Следует выделить два основных перспективных направления исследований ботвоудаляющих рабочих органов [14]. Во-первых, для картофелеуборочных комбайнов, где требуется полное отделение клубней от примесей. Во-вторых, для копателей-погрузчиков, в которых допускается незначительное превышение агротехнических требований по содержанию примесей в таре с клубнями, так как используется технология уборки, предусматривающая дополнительные операции очистки клубней в стационарных условиях [58].

С учетом специфики Российских условий, где на сегодняшний день имеется в наличии дешевая рабочая сила и, отмечая тот факт, что при уборке картофеля копателем-погрузчиком повреждения клубней меньше, чем при комбайновой уборке, сконцентрируем наши изыскания на втором вышеупомянутом направлении исследований.

Некоторые отечественные и большинство зарубежных копателей- погрузчиков, до 85% машин [57], снабжены ботвоудалителями пальчато-гребенчатого типа в виде отрывного валика и ботвоподводящих пальцев. Данный рабочий орган обладает рядом преимуществ по сравнению с редкопрутковым транспортером, работающим в сочетании с прижимным полотном или лопастным битером, нашедших применение в технологических схемах картофелеуборочных комбайнов. Он более простой, менее материале- и энергоемкий, повреждения клубней при его работе не превышают агротехнических норм. Но основной недостаток паль-чато-гребенчатого ботвоудалителя - невысокая полнота удаления растительных примесей (50-70)% от общей поступившей массы [19], требует применения в уборочной машине двух и трехкратного удаления ботвы и сорняков (после первого, второго элеватора и т.д.), что не является самым рациональным решением [14].

Группой исследователей, включая автора этой работы, были предложены ряд изменений в конструкции ботвоудалителя, состоящего из отрывного валика и ботвоподводящих пальцев, целью которой являлось увеличение полноты удаления растительных примесей и снижение повреждаемости клубней. Так как рекомендации по выбору параметров нового ботвоудаляющего устройства в литературе отсутствовали, то возникла необходимость выявления его потенциальных возможностей путем определения геометрических и кинематических параметров, обеспечивающих наиболее полное отделение сорняков и ботвы от клубней, при минимальных повреждениях последних.

Работа по исследованию ботвоудалителя пальчато-гребенчатого типа картофелеуборочных машин велась в течение 1997-2000 г. в РГСХА им. профессора П.А.Костычева, на полях СПК "Коммунар" Новомосковского района Тульской области и АОЗТ «Рассвет» Рязанского района Рязанской области в соответствии с планом НИР РГСХА.

Целью настоящей работы является создание ботвоудаляющего рабочего органа, обеспечивающего высокую полноту удаления растительных примесей, низкий уровень повреждений и потерь клубней картофеля и обладающего высокой технологической надежностью.

Для достижения указанной цели были поставлены и решались следующие задачи: обобщить результаты научных исследований способов и устройств для удаления растительных примесей в картофелеуборочных машинах, выявить перспективное направление исследования по данному вопросу; определить характер изменения некоторых физико-механических свойств, картофеля, влияющих на работу ботвоудалителей уборочных машин;

- разработать конструкцию ботвоудаляющего устройства, обеспечивающую высокую полноту удаления растительных примесей, низкий уровень повреждений и потерь клубней и обладающую высокой технологической надежностью;

- обосновать с помощью теоретических и экспериментальных исследований рациональные параметры разработанного ботвоудаляющего рабочего органа; провести хозяйственные испытания экспериментальной картофелеуборочной машины с новым ботвоудалителем и определить экономическую эффективность его применения.

В процессе теоретических и экспериментальных исследований при участии автора были разработаны несколько конструкций ботвоудалителей. На две из которых получены свидетельства на полезную модель А01Д 33/08 № 13587 «Бот-воудаляющее устройство картофелеуборочного комбайна» и А01Д .33/09 №14753 «Ботвоудаляющее устройство» (приложение 1) и на одну решение о выдаче свидетельства на полезную модель по заявке №2000116165/20 «Картофелекопатель» от 22.06.2000.

Результаты исследований приняты, одобрены и используются ОАО БРЮХОМ г. Москва и АООТ Фирма Комбайн г. Рязань (приложение 2) при разработке новой техники для уборки картофеля.