ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ УНИВЕРСАЛЬНОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА ВАЛЬЦЕВОГО ТИПА ДЛЯ УБОРКИ ВЫСОКОСТЕБЕЛЬНЫХ КУЛЬТУР (НА ПРИМЕРЕ ТАБАКА) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат наук Папуша Сергей Константинович

• Папуша Сергей Константинович
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Папуша Сергей Константинович

ВВЕДЕНИЕ

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕХАНИЗАЦИИ УБОРКИ ЛИСТЬЕВ ТАБАКА

1.1 Общие сведения об уборке листьев табака

1.2 Технологии механизированной уборки листьев табака

1.3 Мониторинг конструкций технических средств для уборки

листьев табака

1.4 Обзор теоретических и экспериментальных исследований

1.5 Научная гипотеза

1.6 Выводы по главе

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ ЛИСТЬЕВ ТАБАКА СРЕДНИХ И ВЕРХНИХ ЛОМОК

2.1 Обоснование способа отделения табачного листа от стебля и разработка конструктивно-технологической схемы универсального рабочего органа вальцевого типа

2.2 Теоретический анализ взаимодействия универсального рабочего органа вальцевого типа со стеблем табака

2.3 Теоретический анализ взаимодействия универсального рабочего органа вальцевого типа с листом табака

2.4 Теоретическое определение угла установки режущих барабанов

2.5 Определение работы и силы резания черешка

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Программа и задачи исследований

3.2 Методика определения биометрических параметров табачных растений в период уборки табака

3.3 Методика проведения лабораторных исследований универсального рабочего органа вальцевого типа

3.4 Устройство и технологический процесс работы рабочих органов для отделения листьев табака средних ломок

3.5 Методика проведения многофакторного эксперимента

3.6 Методика определения технологических и агротехнических оценочных показателей

3.7 Методика проведения полевых опытов и испытаний

3.8 Методика математической обработки результатов исследований

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

4.1 Биометрические параметры табачных растений в период уборки табака

4.2 Усилие среза табачного листа

4.3 Усилие необходимое для вырывания растений табака из почвы

4.4 Результаты лабораторных исследований универсального рабочего органа вальцевого типа

4.4 Результаты многофакторных экспериментов

4.5 Полевые испытания аппарата для отделения листьев табака от стебля средних и верхних ломок

5 МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ УНИВЕРСАЛЬНОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА ВАЛЬЦЕВОГО ТИПА ДЛЯ УБОРКИ ВЫСОКОСТЕБЕЛЬНЫХ КУЛЬТУР

5.1. Методика расчета рабочих органов

5.2. Пример расчета рабочих органов аппарата для отделения

листьев табака

5.3. Рекомендуемые параметры универсального рабочего органа вальцевого типа для уборки высокостебельных культур

6 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ УНИВЕРСАЛЬНОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА ВАЛЬЦЕВОГО ТИПА ДЛЯ УБОРКИ ВЫСОКОСТЕБЕЛЬНЫХ

КУЛЬТУР

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ УНИВЕРСАЛЬНОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА ВАЛЬЦЕВОГО ТИПА ДЛЯ УБОРКИ ВЫСОКОСТЕБЕЛЬНЫХ КУЛЬТУР (НА ПРИМЕРЕ ТАБАКА)»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Производство табака и табачных изделий является одной из стратегических отраслей агропромышленного комплекса нашей страны. Табак относится к наиболее трудоемким сельскохозяйственным культурам. До сих пор не решённой проблемой остаётся механизация уборки листьев табака, являющаяся одной из самых трудоёмких технологических операций в табаководстве.

Потребность промышленности в табачном сырье на сегодняшний момент велика. Это сырье используется в высококачественных и малотоксичных курительных изделиях, а также находит широкое применение в фармацевтической промышленности, парфюмерном производстве, а также других отраслях промышленности и сельского хозяйства. Зеленый молодой табак представляет собой великолепный «исходник» для генно-инженерных экспериментов и исследований.

В целях дальнейшего повышения эффективности работы табачной отрасли в условиях импортозамещения необходимо повысить рентабельность производства табака, что возможно только с применением ресурсо- и энергосберегающих механизированных технологий.

Степень разработанности темы исследований. В области применения машин для уборки листьев табака были достигнуты успехи с разработкой и внедрением технологии производства табака сортотипов Вирджиния и Берлей. Однако следует отметить, что согласно данной технологии убираются листья средних ярусов, как наиболее высокоурожайные и ценные по качеству для курительных изделий [43, 91]. Специальные технологические приемы и морфологические свойства выбранных сортотипов дали возможность разработчикам уборочных машин применять простые по конструкции инерционные барабанные листоотделитель-ные аппараты. В отечественной практике были затрачены большие средства для повторения, как технологии, так и технических средств для осуществления полного цикла уборки. Но разработчики столкнулись с рядом проблем, так как технические решения, применяемые в зарубежных машинах, не подлежат корректировке

по параметрам, взаимосвязанных с разбросом урожайности и достаточно большой вариации биометрических характеристик растений табака отечественной селекции.

Значительный вклад в разработку листоотделительных устройств внесли такие ученые как И.П. Леонов, С.М. Ложаев, М.Я. Молдован, А.П. Михайлов, В.И. Каценко, Новиков, Б.П. Подгорный, Е.И. Виневский, Е.И. Флоренцев, В.Д. Розин-цев.

Из вышеизложенного вытекает необходимость разработки и исследования технологии уборки листьев табака отечественных сортотипов, а также универсальных рабочих органов, способных осуществлять уборку табачных листьев с минимальными потерями.

Научная гипотеза: использование универсального рабочего органа вальцевого типа для уборки листьев табака различных ломок с применением в качестве подпора при срезе пневматического потока, позволит повысить полноту сбора и снизить повреждаемость листьев табака.

Рабочая гипотеза: повысить полноту сбора и снизить повреждаемость урожая при уборке листьев табака средних и верхних ломок, возможно, путем выбора оптимальных параметров универсального рабочего органа вальцевого типа и пневматического потока в зависимости от физико-механических свойств табачных растений и требуемых качественных показателей технологического процесса уборки.

Цель исследований - снижение потерь при уборке листьев табака, путем обоснования параметров и режимов работы универсального рабочего органа вальцевого типа.

Задачи исследований:

1. Проанализировать технологии и технические средства механизации уборки табачных листьев.

2. Разработать конструктивно-технологическую схему универсального рабочего органа вальцевого типа и пневматического противореза для отделения листьев табака средних и верхних ломок.

3. Разработать математическую модель взаимодействия универсального рабочего органа вальцевого типа со стеблем и листом табака.

4. Разработать математическую модель, описывающую зависимость работы силы резания от конструктивно-технологических и биометрических параметров.

5. Экспериментально обосновать параметры и режимы работы универсального рабочего органа вальцевого типа для уборки табака средних и верхних ломок.

6. Разработать методику инженерного расчета, для определения основных параметров и режимов работы универсального рабочего органа вальцевого типа.

7. Определить экономическую эффективность внедрения универсального рабочего органа вальцевого типа.

Научная новизна работы:

- разработана физико-математическая модель взаимодействия листоот-делительного аппарата со стеблем растения в процессе отделения листьев табака;

- выявлены зависимости для определения скорости и ускорения свободной точки кромки лезвия листотделительного барабана;

- получены зависимости для определения работы резания листа от стебля.

Практическая значимость:

- проведено усовершенствование технологического процесса уборки листьев табака и разработка универсального рабочего органа вальцевого типа;

- разработаны исходные требования на универсальный комбайн для уборки листьев табака средних и верхних ломок.

- предложена методика инженерного расчета универсального рабочего органа вальцевого типа для уборки высокостебельных культур.

Объекты исследований - технологический процесс уборки листьев табака средних и верхних ломок, конструктивно-технологические параметры универсального рабочего органа вальцевого типа.

Предметом исследования параметры и режимы работы универсального рабочего органа вальцевого типа для уборки листьев табака средних и верхних ломок и пневматического потока.

Методика исследований предусматривала разработку математической модели взаимодействия универсального рабочего органа вальцевого типа для уборки листьев табака средних и верхних ломок и базировалась на основе стандартных методик математического анализа, натурного эксперимента, статистической обработке и графической интерпретации полученных данных.

Результаты экспериментальных исследований обрабатывались на ПЭВМ с использованием пакетов программ MS Excel и MathCad 9.0.

На защиту выносятся следующие основные положения диссертации:

1. Усовершенствованный технологический процесс уборки листьев табака средних и верхних ломок;

2. Закономерности параметров и режимов работы универсального рабочего органа вальцевого типа для отделения листьев табака средних и верхних ломок от конструктивно-технологических и биометрических параметров;

3. Параметры и режимы работы универсального рабочего органа вальцевого типа для отделения листьев табака средних и верхних ломок от стебля;

4. Методика инженерного расчета параметров и режимов работы универсального рабочего органа вальцевого типа для отделения листьев табака средних и верхних ломок;

5. Экономическая эффективность применения универсального рабочего органа вальцевого типа для отделения листьев табака от стебля средних и верхних ломок.

Степень достоверности и апробация результатов подтверждена экспериментальными исследованиями, положительными результатами предварительных испытаний табакоуборочного комбайна КТУ-720 проведенных на опытных полях

ФГБНУ ВНИИТТИ. Универсальный комбайн для уборки табака КТУ-720 демонстрировался на VI Международном салоне инновации и инвестиций, состоявшемся 7-10 февраля 2006г. в г. Москве и был отмечен дипломом.

Реализация результатов исследований заключается в изготовлении экспериментального образца листоотделительного аппарата для отделения листьев табака от стебля средних и верхних ломок и проведены его ведомственные испытания.

Новизна предлагаемых технических и технологических решений подтверждена патентами РФ на изобретение №2311013. «Табакоуборочный комбайн», № 2312486 «Аппарат для отделения листьев табака», № 2335117 «Аппарат для отделения листьев табака» и полезную модель № 63164 «Технологическая система для уборки листьев табака и подготовки их к сушке».

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и одобрены на научно-практических конференциях молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (КубГАУ 2003-2016 г.), а также на конференциях «Проблемы повышения качества и безопасности табака и табачных изделий» (ГНУ ВНИИТТИ 2005-2015 г.); «Стратегия научного обеспечения развития конкурентоспособного производства отечественных продуктов питания высокого качества» (ВГТУ 2006 г.); Совершенствование технологий производства и переработки продукции животноводства» Волгоградский государственный технический университет, (ВГТУ 2005 г.).

Исследования являются результатом выполнения:

Задания научно - исследовательских работ ГНУ ВНИИТТИ на 2001 - 2005 гг. (шифр 01.04.02 «Разработать научные основы ресурсосберегающих технологий возделывания табака, обеспечивающих повышение эффективности использования агроландшафтов, экологической безопасности агроценозов », номер государственной регистрации 01200404896);

Государственных контрактов ГНУ ВНИИТТИ с департаментом сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности Краснодарского края № 4.1.8/67

- 2006 по теме «Разработка усовершенствованной технологической схемы и рабочих органов технического средства для уборки табака»;

Постановления Правительства РФ от 08.08.2001 N 581 (ред. от 10.10.2007) "О федеральной целевой программе "Юг России";

Постановления Законодательного Собрания Краснодарского края от 21 апреля 2004 г. N 743-П Об утверждении программы "Производство табака и табачных изделий в Краснодарском крае" на 2004 - 2006 годы.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 20 научных работ, включая статью в журнале, входящем в международную базу цитирования Scopus, 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, получены три патента РФ на изобретения и один на полезную модель.

Структура и объём работы: диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из 100 наименований, в том числе 6 иностранных источников. Работа изложена на 121 странице машинописного текста, содержит 33 иллюстраций, 13 таблиц и 8 приложений на 26 страницах.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕХАНИЗАЦИИ УБОРКИ

ЛИСТЬЕВ ТАБАКА

1.1 Общие сведения об уборке листьев табака

Уборка - самый ответственный этап формирования массы и качества табачного сырья из урожая.

Листья табака созревают не равномерно, поярусно, поэтому их уборку проводят в несколько приемов (ломок). Количество одновременно созревших листьев на растении, колеблется от 3 до 9. Это число зависит от сорта, предыдущей обработки, общего числа их на растении и номера ломки [8].

Согласно агротехническим рекомендациям, уборка табака производится строго по ломкам по достижению зрелости листьев. Уборка табачных листьев в несколько проходов, по мере их созревания, повышает урожайность, ускоряет сушку, а при строгом соблюдении технологии последующей сушки обеспечивает получение не менее 80 % сырья первого товарного сорта. Однако это требование нередко нарушают, что приводит к снижению урожайности и, особенно, качества получаемого сырья. Только за счет уборки табака в недозрелом состоянии доля сырья третьего сорта увеличивается до 80-90 %.

Состояние зрелости листьев определяют визуально по ряду внешних признаков. Общими для всех сортотипов табака признаками являются: ослабление зеленой окраски пластинки листа и средней жилки и проявление желтых тонов; ткань листа становится плотной, поверхность блестящей, смолистой, часто происходит деформация ткани между жилками и отгибание краев или верхушки листа книзу. Эти признаки могут быть выражены в большей или меньшей мере в зависимости от сортотипа табака и условий его выращивания [8].

В практику табаководства при определении зрелости листьев было введено новое понятие - «полная техническая зрелость». Основным внешним признаком ее является пожелтение верхушки и краев листа, примерно, на 1/3 пластинки без подсыхания кончика листа [3].

В состоянии полной технической зрелости в листьях накапливается максимальное содержание сухого вещества и снижается содержание веществ, отрицательно влияющих на качество - белков, хлорофилла; увеличивается содержание углеводов, особенно крахмала.

Уборка листьев в состоянии полной технической зрелости дает возможность сократить число ломок с 5- 8 до 4-5 за счет объединения большего количества листьев, снимаемых с растения в одну ломку. Для этого необходима специальная подготовка растений к уборке: раннее и глубокое вершкование в стадии бутонизации при зацветании первого цветка с удалением 4- 5 верхних листочков.

1.2 Технологии механизированной уборки листьев табака

Уборка листьев табака по традиционной технологии проводиться вручную по мере созревания листьев в несколько приемов (ломок). Листья доставляют к сушильным сооружениям, где они подвергаются томлению, сушке и ферментации. За один прием в среднем убирают: 3- 4 листа первой ломки, составляющей примерно 10% урожая; 4- 5 листьев второй ломки - 15% урожая; 6- 7 листьев третьей ломки - 40%; 5- 7 листьев четвертой ломки - 25% и 4- 5 листьев пятой ломки, составляющей 10% урожая [44].

Машинная уборка как ручная осуществляется, когда растения достигли высоты от 1 до 2 метров, а поэтому для этих целей используются высококлиренсные энергетические средства, с установленными рабочими органами и машинами, которые предназначены для проведения уборки табака в несколько проходов.

Стремясь избежать ряда трудностей, имеющихся при уборке в несколько ломок, была разработана «Технология уборки табака целыми растениями». При этом растения табака срезаются полностью и транспортируются к сушильным сооружениям, после чего высушиваются и, затем, отделяются листья от стебля.

По данной технологии целыми растениями проводят уборку табака сорта Берлей. Во многих странах Европы, занимающихся производством табачного сырья, применяется машина, состоящая из трактора с устройством для среза стеблей

у корня, подающего транспортера и прицепа со съемными стеллажами. В прицепе установлено нанизывающее устройство, подача срезанных растений к которому производится вручную либо с помощью транспортера. Стебли табака в этом случае нанизываются на прутки и располагаются на стеллажах. После заполнения стеллажей прицеп перевозится к сушильным сооружениям.

В нашей стране в 1956-1960 г.г. также предпринимались попытки применения технологии уборки табака целыми растениями. Для этого использовались табаки скелетного типа сортов Трапезунд и Берлей [73]. Однако, в силу недостатков, присущих данной технологии, уборка целыми растениями на отечественных сортах табака не нашла широкого практического применения.

Основными недостатками данной технологии стала необходимость в перемещении больших масс стеблей к сушильным сооружениям, иметь большую площадь сооружений для сушки, а также повышенные затраты энергии на сушку и последующую обработку табачного сырья.

Наиболее подходящей технологией уборки табачных листьев, обеспечивающей получение сырья с высокой стоимостью реализации, является полистная уборка, которая проводиться в момент созревания листьев в несколько приемов (ломок). Такая технология, помимо получения сырья высокого качества, способствует использованию всего биологического урожая растения с наименьшими затратами энергии.

Мониторинг технологий уборки табака во всем мире показал, что наиболее механизирована технология уборки табака сортотипа Вирджиния и Берлей в США с применением специального комплекса машин американского производства [91,73]. Однако при такой схеме посадки значительно снижается биологическая урожайность табаков, районированных в нашей стране. Так, например урожайность сорта Юбилейный при схеме посадки 120*50 см составила 21,7 ц/га, и при схеме посадки 70*30 см - 31,6 ц/га. [33]

В 80-х годах учеными ВНИИТТИ (ВИТИМ) разработана и запатентована «Технология комбинированной уборки крупнолистного табака», которая предусматривает, что уборка проводится в три приема (ломки) по двум схемам:

1 схема: листья первой и второй ломок собираются вручную, листья средних ломок - машиной для поярусной уборки, верхние ломки - машиной для уборки табака в один прием;

2 схема: нижние листья (первой и второй ломок) убирали вручную за один проход, остальные листья - в один проход машиной [49].

Апробация технологии комбинированной уборки листьев табака на полях Краснодарского края показала, что выход табачного сырья снижается на 11,3 % -16,1 %, а стоимость реализации табачного сырья - на 2,9-10,4 % . Это зависит от технологических схем уборки. Мониторинг уборочного процесса показывает, что снижение сбора табака по схеме " 1" вызвано потерями листьев в поле и непосредственно на самом растении, а по схеме "2", кроме того, еще и травмированием части листовой пластинки. Снижение сортности табачного сырья, убранного по схеме "1", вызвано механическими повреждениями листьев, главным образом -давленностью пластинки листа. Снижение сортности табачного сырья, убираемого по схеме "2", происходит за счет перезревания листьев на растении и механических повреждений листьев рабочими органами табакоуборочных машин.

1.3 Мониторинг конструкций технических средств для уборки

листьев табака

В настоящее время применяются три технологии механизированной уборки табака: уборка табака полистным способом, уборка табака целыми растениями и уборка урожая со всего растения за один проход.

Самое большое количество предложений и конкретных разработок имеется в области механизации полистной уборки [77-81]. Проведенный же анализ показал, что, несмотря на освещение предложений в общем плане уборки листьев с растения табака, эти разработки нашли внедрение только при уборке листьев средних ярусов. Из этих предложений можно выделить несколько прогрессивных технических решений, которые были доведены до экспериментальных и промышленных образцов табакоуборочных машин. Однако, следует отметить, что появ-

лению этих машин предшествовал большой период по разработке специальных технологий по сортоотбору, посадке, выращиванию, подготовке к уборке и сушке табака. В США, Канаде, Франции выпускаются машины для уборки табака сорто-типа Вирджиния со шнековыми, планчато-дисковыми листоотделяющими устройствами. [99,100] В отечественной практике технические средства, осуществляющие полистную уборку, создавались конкретно для уборки средних ярусов крупнолистных табаков.

В нашей стране разработан и изготовлен ряд моделей машин для уборки табака сортов отечественной селекции, опытные образцы которых прошли испытания в зонах развитого табаководства - Армении, Грузии, Казахстане, Краснодарском крае, Молдавии. Однако, до промышленного выпуска этих машин не дошло, хотя и были решения о постановке на производство некоторых из них. За рубежом есть фирмы, выпускающие отдельными сериями машины для подготовки и проведения уборки табака [99,100]. Некоторые из зарубежных табакоубороч-ных машин были испытаны у нас [33].

Рабочие органы этих машин можно классифицировать исходя из технологических и принципиальных схем самих машин и по характеру их взаимодействия с растениями, листьями на:

- режущие;

- отдавливающие;

- ударяющие.

Листоотделители могут воздействовать на лист табака как «сверху - вниз», так и «снизу - вверх». К наиболее распространенным конструктивным схемам относят шнековые и барабанно-ножевые, цепочно-пальцевые и сегментно-режущие листоотделительные устройства.

В 1955-1956 годах кандидатом технических наук В. В. Деревенко и Е. И. Флоренцевым изучалось влияние некоторых факторов на качества среза черешков, повреждение листьев и стеблей табачных растений кольцевым ножом. В результате проведенных исследований подтверждена возможность отделения листьев табака от стебля кольцевыми ножами, охватывающими стебель растения

вкруговую и перемещающихся снизу вверх. Ножи для указанного способа должны иметь шестигранную форму с внутренним диаметром при уборке листьев 1-2 яруса 30-35 мм. Последующих ярусов - 20-25 мм. и иметь толщину стенки 1,52 мм. Ножи затачиваются с наружной стороны под углом 200 [87].

На основании экспериментальных данных, авторами был предложен и исследован в лабораторных условиях метод отделения табачных листьев от растения посредством ножей, смонтированных на движущихся цепях.

Сущность предлагавшегося метода заключалась в следующем: на раме, в плоскости, наклонной к горизонту под углом 300, размещены две втулочно-роликовые цепи. На удлиненных пальцах цепи помещены угольники. К каждому угольнику двумя винтами крепится один нож. Конструкция их такова, что ножи левой и правой цепи смыкаются, образуя шестигранник. При движении вдоль рядка каждое растение будет захвачено сомкнутыми ножами, нож по отношению к растению совершает только одно движение снизу вверх, срезая при этом черешки листьев [88].

Для исследования в полевых условиях процессов подбора и транспортировки листьев табака, механически отделенных от растений, аспирантом ВИТИМа И.П. Леоновым в 1961 году была спроектирована и изготовлена машина для полистной уборки табака МУТ-1 [41]. МУТ-1 представляет собой однорядную машину, монтируемую на высококлиренсную модификацию самоходного шасси Т-16, с цепочно-планчатым листоотделительным аппаратом, пневматической транспортирующей системой листьев табака (Рисунок 1.1). Данная машина проходила испытания в полевых условиях совместно с различными листоотделительными аппаратами. Наилучшие результаты показали пальцевой вибрирующий и шнеко-вый аппараты.

Пальцевой вибрирующий аппарат (Рисунок 1.2) предназначался для отделения листьев средних ломок и состоял из наклонного бесконечного ремня с закрепленными на нем пальцами диаметром 8 мм. Пальцы располагались на наружной поверхности ремня на расстоянии 40 мм друг от друга и концами заходили в направляющий паз. При работе этого аппарата листья отделялись от стебля растения

вибрирующими пальцами, ремнем и направляющей пластиной. После отделения листья подхватывались воздушным потоком, создаваемым вентилятором и по воздуховодам доставлялись в осадительную камеру.

Рисунок 1.1 -Машина для полистной уборки табака МУТ -1

Рисунок 1.2 - Аппарат листоотделительный пластинчатый машины МУТ -1

В результате испытаний, устройство положительно зарекомендовало себя, благодаря простоте конструкции, высоким показателям отделения, а так же низкой повреждаемостью листьев при транспортировании. Но система нуждалась в доработке, из-за большой длинны осадительной камеры и частых отказов в работе. А так же существовал ряд недостатков, относящихся к энергетическому средству высококлиренсному шасси Т-16. В процессе ведомственных испытаний в 1964 году было выявлено, что большое количество отделенных листьев опадают на поверхность почвы. Причиной данных потерь явилась недостаточная мощность двигателя шасси Т-16 т. к. при включенных всех приводах рабочих органов сила всасывания падала, и листья неудовлетворительно затягивались воздухом в сопла-пневмоулавливатели.

Следующим недостатком конструкции явилось неудобное место расположения механизатора по отношению к листоотделителю, ухудшающее точность ведения машины.

Для устранения недостатков необходимо было навесить табакоуборочную машину на более мощный трактор с удобным месторасположением водителя и изменить конструкцию листоотделительного аппарата для повышения его эксплуатационной надежности.

В период с 1972 по 1977 г. в ВИТИМе исследовался ряд макетных образцов табакоуборочных машин таких как: МТН-1А, КТН-1Б, МТПГ-1.

В 1975 году был спроектирован, изготовлен и испытан макет табакоубороч-ной машины, оснащенной вальцевым листоотделительным аппаратом, разработанным в отделе механизации ВИТИМ (1973-1974 гг.) и нашедшим широкое применение на табакоуборочных машинах. Наряду с этим, были проведены полевые испытания машины для уборки листьев табака в 2-3 ломки МТН-1 с усовершенствованным листоотделительным аппаратом вальцевого типа [45].

Машина МТН-1 (Рисунок 1.3), предназначенная для поярусной уборки листьев табака, оснащалась двумя видами листоотделительных аппаратов: щеточно-шнековым и вальцевым, навешиваемыми на самоходное шасси Т-16 МВТ.

Рисунок 1.3 - Табакоуборочный комбайн МТН-1

Щеточный листоотделительный аппарат состоял из цепного заводящего и удерживающего транспортера, шнека-щетки с битером - щеткой, отбивного битера - щетки, рольганга и коробки привода. Шнек - щетка с битером - щеткой состояла из резиновой лопасти шириной 200 мм средней жесткости с углом навивки 1800,находящейся в щеточном барабане диаметром равным 200 мм. Шнек -щетка с битером - щеткой крепятся к коробке привода и имеют регулировку угла атаки и ширины рабочего русла. Отбивной битер - щетка состоит из резиновой лопасти шириной 150 мм толщиной 6 мм средней жесткости, находящейся в щеточном барабане диаметром 150 мм. Крепился отбивной битер-щетка консольно на коробке привода.

Технологический процесс работы машины заключался в следующем: при движении машины по рядку растения попадают в зону действия цепного заводящего и удерживающего транспортера, захватываются им и перемещаются по ра-

бочему руслу со скоростью, равной и противоположно направленной скорости движения машины. Шнек-щетка с битером-щеткой, вращаясь в сторону растения, отбивают листья находящиеся как в верхней части убираемого яруса, так и поднятые снизу щетками рольганга.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Папуша Сергей Константинович, 2017 год

Источник вариации

SS

MS

р-

Значение

F критическое

Между группами

Внутри групп

6,8869517 0,0461387

5 1,3773903 18 0,0025633

537,35835

6,25837Е-19

2,7728532

Итого 6,9330905 23

105 2,1 НСР05 0,075177 мм

Таблица Г2-Результаты дисперсионного анализа влияния частоты вращения барабанов на полноту сбора

№ частота полнота

1 0 6,6

2 10 13,9

3 20 34,5

4 30 51,2

5 40 75,3

6 50 81,5

7 60 88,7

8 70 83,4

9 80 63,5

10 90 57,7

11 100 53,9

12 110 51,6

13 120 49,8

14 130 48,6

15 140 47,4

16 150 46,8

17 160 46,3

18 170 45,9

19 180 45,6

20 190 45,2

Столбец1

Столбец2

Среднее

Стандартная ошибка

Медиана

Мода

Стандартное отклонение Дисперсия выборки Эксцесс

Асимметричность

Интервал

Минимум

Максимум

Сумма

Счет

Уровень надежности(95,0%)

95

13,22875656 95

#Н/Д

59,16079783 3500 -1,2

-1,03881Е-16 190 0

190 1900 20

27,68810562

Среднее

Стандартная ошибка

Медиана

Мода

Стандартное отклонение Дисперсия выборки Эксцесс

Асимметричность

Интервал

Минимум

Максимум

Сумма

Счет

Уровень надежно-сти(95,0%)

51,87 4,575484444 49,2

#Н/Д

20,46218849 418,7011579 0,703549391 -0,218370318 82,1 6,6 88,7 1037,4 20

9,57659898

Исследование влияния параметров листоотделительного аппарата на процесс отделения табачных листьев средних ломок

Таблица Д1- Основные факторы и ^ уровни их варьирования

Фактор Обозначение фактора Уровни варьирования факторов

кодированное -1,215 -1 0 +1 +1,215

Частота вращения барабанов, мин-1 Х1 11,4 20 60 100 108,6

Угол наклона листоотделителя, град Х2 6,77 10 25 40 43,2

Скорость движения машины, км/ч. Хз 0,78 1 2 3 3,22

Матрица планирования и расчет коэффициентов регрессии

д Х0 Х1 Х2 Хэ Х12 Х22 Х32 Х1Х2 Х1Х3 Х2Х3

полный факторный эксперимент 1 1 1 1 1 0,27 0,27 0,27 1 1 1

2 1 -1 1 1 0,27 0,27 0,27 -1 -1 1

22 3 1 1 -1 1 0,27 0,27 0,27 -1 1 -1

4 1 -1 -1 1 0,27 0,27 0,27 1 -1 -1

5 1 1 1 -1 0,27 0,27 0,27 1 -1 -1

6 1 -1 1 -1 0,27 0,27 0,27 -1 1 -1

7 1 1 -1 -1 0,27 0,27 0,27 -1 -1 1

8 1 -1 -1 -1 0,27 0,27 0,27 1 1 1

9 1 1,2155 0 0 0,75 -0,73 -0,73 0 0 0

звездные точки 10 1 1,215 0 0 0,75 -0,73 -0,73 0 0 0

11 1 0 1,215 0 0,73 0,75 -0,73 0 0 0

12 1 0 1,215 0 -0,73 0,75 -0,73 0 0 0

13 1 0 0 1,215 -0,73 -0,73 0,75 0 0 0

14 1 0 0 1,215 -0,73 -0,73 0,75 0 0 0

центральная

точка 15 1 0 0 0 -0,73 -0,73 0,75 0 0 0

ЕХУ| 938 83,314 -5,712 -235,6 94,776 -34,71 94,94 26,4 -9,2 18,8

БХ,2 15 10,952 10,952 10,952 4,3727 4,3727 4,4023 8 8 8

В, 62,533 7,6069 0 -21,51 21,674 -7,937 21,566 3,3 0 2,35

Проверка значимости коэффициентов

д=10% 32ы 0,1659 0,2272 0,2272 0,2272 0,569 0,569 0,5652 0,311 0,311 0,311

tкр=1,34 бы 0,4073 0,4766 0,4766 0,4766 0,7543 0,7543 0,7518 0,5577 0,5577 0,5577

153,54 15,96 -1,094 -45,13 28,734 -10,52 28,687 5,9174 -2,062 4,2139

модуль 111,87 15,96 0,5438 1,8452 22,989 4,0965 19,779 5,9174 -0,582 4,2139

вывод 153,54 15,96 0 -45,13 28,734 -10,52 28,687 5,9174 0 4,2139

результаты эксперимента, проверка воспроизводимости проверка адекватности

У1 У2 У3 У4 У5 Yср 8В2 Уад (Уср-Уад)2

54 52 55 48 49 51,60 9,3 63,81370097 149,1744915

28 32 36 30 31 31,40 8,8 41,99993602 112,3586436

38 40 32 35 33,00 35,60 11,3 52,51370097 286,0732807

40 42 39 45 48 42,80 13,7 43,89993602 1,209859244

86 80 79 86 88 83,80 16,2 102,1303776 336,0027433

78 70 72 76 70 73,20 13,2 80,31661265 50,64617564

98 90 91 90 88 91,40 14,8 100,2303776 77,97556871

81 80 75 79 84 79,80 10,7 91,61661265 139,6323346

50 56 54 49 52 52,20 8,2 59,59797552 54,73004176

97 90 89 90 93 91,80 10,7 78,08269994 188,1643209

50 58 52 53 50 52,60 10,8 56,65945178 16,47914873

55 50 62 60 52 55,80 26,2 25,01471054 947,734047

84 92 88 90 83 87,40 14,8 94,81241734 54,94393078

28 30 35 31 30 30,80 6,7 42,54715523 137,9956559

75 78 80 82 74 77,80 11,2 68,67978628 83,17829826

Е8ё2 186,6 сумма 2636,298541

8 2 8тах 10,8 8 2 8 ад 439,3830901

бшах 0,057877814 Ррасч 2,354678939

бтабл 0,574 Ртабл 3,1

ВЫВОД Дисперсии однородны вывод Уравнение адекватно

Уравнения поверхности отклика в кодированных значениях факторов:

^ = 62,53333 - 0,5215Х2 - 21,508Х3 + 21,6744Х' - 7,93743Х2 + 21,566Х3 + 3,3Х1Х2 --1,15 XX + 2,35 Х2Х3

где У]- полнота сбора листьев табака, %;

Исследование влияния параметров листоотделительного аппарата на процесс отделения табачных листьев верхних ломок

Таблица Е1- Основные факторы и уровни их варьирования

Фактор Обозначение фактора Уровни варьирования факторов

кодированное -1,215 -1 0 +1 +1,215

Частота вращения барабанов, мин-1 Х1 11,4 20 60 100 108,6

Угол наклона листоотделителя, град Х2 6,77 10 25 40 43,2

Скорость движения машины, км/ч. Хз 0,78 1 2 3 3,22

Матрица планирования и расчет коэффициентов регрессии

ё Х0 Х1 Х2 Х3 Х12 Х22 Х32 Х1Х2 Х1Х3 Х2Х3

полный факторный эксперимент 22 1 1 1 1 1 0,27 0,27 0,27 1 1 1

2 1 -1 1 1 0,27 0,27 0,27 -1 -1 1

3 1 1 -1 1 0,27 0,27 0,27 -1 1 -1

4 1 -1 -1 1 0,27 0,27 0,27 1 -1 -1

5 1 1 1 -1 0,27 0,27 0,27 1 -1 -1

6 1 -1 1 -1 0,27 0,27 0,27 -1 1 -1

7 1 1 -1 -1 0,27 0,27 0,27 -1 -1 1

8 1 -1 -1 -1 0,27 0,27 0,27 1 1 1

звездные точки 9 1 -1,215 0 0 0,75 -0,73 -0,73 0 0 0

10 1 1,215 0 0 0,75 -0,73 -0,73 0 0 0

11 1 0 -1,215 0 0,73 0,75 -0,73 0 0 0

12 1 0 1,215 0 -0,73 0,75 -0,73 0 0 0

13 1 0 0 -1,215 -0,73 -0,73 0,75 0 0 0

14 1 0 0 1,215 -0,73 -0,73 0,75 0 0 0

центральная точка 15 1 0 0 0 -0,73 -0,73 0,75 0 0 0

ЕХ1У1 1007,2 143,81 48,022 -9,481 75,072 -82,28 107,16 20 26 -37,2

ЕХ12 15 10,952 10,952 10,952 4,3727 4,3727 4,4023 8 8 8

В1 67,147 13,131 0 -0,866 17,168 -18,82 24,342 2,5 3,25 0

Проверка значимости коэффициентов

§=10% й2Ъ1 0,2497 0,342 0,342 0,342 0,8565 0,8565 0,8508 0,4682 0,4682 0,4682

1кр=1,34 Эы 0,4997 0,5848 0,5848 0,5848 0,9255 0,9255 0,9224 0,6842 0,6842 0,6842

Ъ 134,38 22,454 7,4979 -1,48 18,551 -20,33 26,391 3,6538 4,7499 -6,796

модуль 111,87 22,454 0,5438 1,8452 22,989 4,0965 19,779 2,5139 2,0322 -6,796

вывод 134,377 22,4543 0 -1,4803 18,5506 -20,332 26,3905 3,65376 4,74989 0

результаты эксперимента, проверка воспроизводимости проверка адекватности

У1 У2 У3 У4 У5 Yср 8В2 Уад (Уср-Уад)2

89 85 80 86 82 84,40 12,3 91,2889975 47,45828662

42 48 40 40 36 41,20 19,2 53,52747611 151,9666672

71 70 72 78 70,00 72,20 11,2 86,2889975 198,4998507

38 42 39 45 48 42,40 17,3 58,52747611 260,0954857

86 80 79 86 88 83,80 16,2 86,52029963 7,400030097

56 61 64 50 54 57,00 31 61,75877824 22,64597033

62 56 60 54 50 56,40 22,8 81,52029963 631,0294537

38 30 40 38 35 36,20 15,2 66,75877824 933,8389275

68 70 78 65 78 71,80 35,2 60,03574485 138,3976993

95 90 89 90 93 91,40 6,3 91,94349334 0,295385011

68 70 65 60 63 65,20 15,7 47,79746322 302,8482865

56 50 62 60 52 56,00 26 22,73168692 1106,780655

84 92 88 90 83 87,40 14,8 87,6581376 0,06663502

78 70 72 79 71 74,00 17,5 85,55460551 133,5089085

90 91 88 90 80 87,80 20,2 86,60637156 1,424748864

Б822 280,9 сумма 3936,25699

8 2 8шах 15,7 8 2 8 ад 656,0428317

Ошах 0,055891776 Р Р расч 2,335503139

бтабл 0,574 Ртабл 3,1

ВЫВОД Дисперсии однородны вывод Уравнение адекватно

Уравнение поверхности отклика в кодированных значениях факторов:

^ = 67,147 + 13,13^ - 0,865Х3 + 17,168X2 " 18,81X2 + 24,34X2 + 2,5X^2 + 3,25XX

РОССИИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт табака, махорки и табачных изделий Российской академии сельскохозяйственных

наук

(ГНУ ВНИИТТИ Россельхозакадемии)

ведомственных испытаний экспериментального образца универсального комбайна для уборки листьев табака средних и верхних ломок КТУ - 720

«УТВЕРЖДАЮ»

П РОТ(

2005г.

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

На основании результатов испытаний экспериментальных образцов рабочих органов для отделения листьев табака средних и верхних ломок от стебля, сепарации их по степени механических повреждений с последующим накоплением их в транспортно - сушильных накопителях макетного образца табакоуборочного комбайна КТУ -720, рабочая Комиссия пришла к следующим выводам:

1. Представленные образцы рабочих органов удовлетворительно выполняют технологические процессы отделения листьев табака средних и верхних ломок от стебля, сепарации их по степени механических повреждений и накоплением их в транспортно - сушильных накопителях

2. По основным качественным показателям экспериментальные образцы рабочих органов удовлетворяют отечественным агротехническим требованиям.

3. Рекомендовать разработать исходные требования и проект технического задания на универсальный комбайн для уборки листьев табака средних и верхних ломок и предать их к дальнейшей разработке в специализированное конструкторское бюро.

Заведующий лабораторией механизации

табаководства и послеуборочной обработки табака

Заведующий сектором механизации табаководства, к.т.н., ст. научн. сотр.

Виневский Е.И.

Заведующая лабораторией физиологии и биохимии растений

Младший научный сотрудник сектора механизации табаководства

Шидловский Е.В.

Младший научный сотрудник сектора механизации табаководства

Папуша С.К.

6.2. Исходные данные

Технологическая оценка базового и нового варианта приведена в таблице 6.1. Исходные данные для расчета экономической эффективности приведены в таблице 6.2..

Таблица З.1-Технико-эксплуатационная характеристика вариантов технологий уборки листьев табака в поле

Показатели Вариант

базовый новый

средние ломки верхние ломки средние лом- верхние

Способ уборки МТПГ-1М Ручной труд КТУ - 720

Количество обслуживающего персонала: 1 1

Ломшики

Тракторист 1 —

Ширина захвата, м 0,7 — 0,7 0,7

Скорость машины, км/ч 2 — 2,5 3,5

Производительность за час сменного времени, га/ч 0,084 0,021 0,14 0,2

Сезонная загрузка, ч 259 — 259 294

Сезонная выработка, га 21,7 — 35,5 57,6

Средняя урожайность табака, ц/га 899 647 899 647

Качество листьев после уборки (состав убранного табака после сушки по товарным сортам), %

I сорт 72,8 100 79,6 75,4

II сорт 9,2 10,3 12,4

III сорт 8,4 5,4 7,6

IV сорт 9,6 4,7 4,6

Стоимость сырья, руб/кг 32,5 35,1 33,5 33,3

Потери при уборке, % 9,8 1 7,6 8,6

Таблица З.2-Исходные технико-экономические показатели вариантов технологий уборки листьев табака в поле

Показатели Вариант

базовый новый

средние ломки верхние ломки средние ломки верхние ломки

МТПГ-1М Ручной труд КТУ - 720

Ставка оплаты: Ломщик, руб./кг 10 125 125

Тракторист, руб./час 125

Коэффициент, учитывающий доплаты 1,83 1,83

Коэффициент, учитывающий начисления в фонд соци- 1,384 1,384

Стоимость горючего, руб/кг. 40,7 — 40,7 40,7

Удельный расход горючего, кг/га 63,7 — 63,7 63,7

Затраты на горючее, руб/га 2592,5 — 2592,5 2592,5

Стоимость, тыс. руб. 470 — 470

Норма амортизационных отчислений, %. 14,2 — 14,2

Норма отчислений на ремонт и техническое об- 25 — 25

УТВЕРЖДАЮ: Директор Государственного научного учреждения Всероссийский научно-исследовательский институт табака, чных изделий Россель-к.эн., Заслуженный ого хозяйства Кубани

Саломатин

• " "У/

СПРАВКА

о Енедрении результатов кандидатской диссертации Папуша С.К. на тему: «ОБОСНОВАНИЕПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ УНИВЕРСАЛЬНОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА ВАЛЬЦЕВОГО ТИПА ДЛЯ УБОРКИ ВЫСОКОСТЕБЕЛЬНЫХ КУЛЬТУР (НА ПРИМЕРЕ ТАБАКА)»

В период 2003 - 2009гг. младшим научным сотрудником лаборатории машинных агропромышленных технологий Папуша С.К. теоретически обоснованы и экспериментально оптимизированы параметры и режимы работы рабочих органов для уборки листьев табака средних и верхних ломок.

Работа выполнена е соответствии с заданиями Россельхозакадемии РФ 01.04.02.03 (номер гос. регистрации 01.20.0 404896), а также по государственным контрактам с Министерством сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности Краснодарского края № 4.1.8/67 - 2006 и № 4.1.8/32 - 2007.

Результаты проведенной научно-исследовательской работы нашли следующее практическое применение е табаководстве:

составлены исходные требования на разработку комбайна для уборки табака, включающего в себя рабочие органы для уборки листьев табака средних и верхних ломок, утвержденные Ученым советом ГНУ ВНИИТТИИ 1 ноября 2005г., протокол заседания № 10.

разработана методика инженерного расчета параметров аппарата для отделения листьев табака средних и верхних ломок.

Результаты научных исследований переданы для использования при разработке новых комбайнов для уборки табака в Министерство сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности Краснодарского края.

Внедрение вышеперечисленных результатов в производство позволит получить чистый годовой экономический эффект от внедрения 1118 тыс. руб. за счет повышения производительности труда.

Заместитель директора по научной работе и инновациям. л.с.-х.н.. проф.

Зав. лабораторией машинных агропромышленных технологий, д.т.11., доцент

0•

,. Филипчу*.

/

, ¿jtf/ Е.И. Вииевский

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет

им. И. Т. Трубилина»

350044, Россия, г. Краснодар, ул. Калинина, 13. тел.[phone] e-mail: [e-mail]

Председателю диссертационного совета Д 212.058.05 д-р техн. наук, профессору Димитрову В. П.

СПРАВКА

о внедрении результатов научных разработок ст. преподавателя кафедры «Процессы и машины в агробизнесе» (ПриМА) Папуша Сергея Константиновича в учебный процесс Кубанского ГАУ им. И. Т. Трубилина

Материалы научно-исследовательской работы Папуша Сергея Константиновича на тему: «Обоснование параметров и режимов работы универсального рабочего органа вальцевого типа для уборки высокостебельных культур (на примере табака)» внедрены в учебный процесс университета при подготовке студентов по направлению бакалавриата 35.03.06 "Агроинженерия".

Результаты научно-исследовательской работы использованы при изучении дисциплин «Сельскохозяйственные машины», «Механизация растениеводства» и «Механизация садоводства» преподаваемых на кафедре «Процессы и машины в агробизнесе».

Материалы научно-исследовательской работы Папуша Сергея Константиновича на тему: «Обоснование параметров и режимов работы универсального рабочего органа вальцевого типа для уборки высокостебельных культур (на примере табака)» соответствуют требованиям стандарта по направлению подготовки 35.03.06 "Агроинж

Первый проректор ФГБОУ ВО «Кубанский государствен| аграрный университет им. И. Т. Тру доктор экономических наук, професс

С.М.Резниченко

Председателю диссертационного совета Д 212.058.05 действующего при Донском государственном техническом университете д-р техн. наук, профессору Димитрову В. П.

СПРАВКА

внедрения результатов исследований Папуша Сергея Константиновича представленных им в кандидатской диссертации на тему: «Обоснование параметров и режимов работы универсального рабочего органа вальцевого типа для уборки высокостебельных культур (на примере табака)»

Исследования, представленные в кандидатской диссертации Папуша С. К. «Обоснование параметров и режимов работы универсального рабочего органа вальцевого типа для уборки высокостебельных культур (на примере табака)» проводились на основании заключенных Государственных контрактов ФГБНУ ВНИИТТИ с Министерством сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности Краснодарского края в 2006 году (№ 4.1.8/67 - 2006) на выполнение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по разработке адаптивного энерго- и ресурсосберегающего комплекса машин и оборудования по уборке и послеуборочной обработке табака: разработка эскизных проектов, изготовление и проведение яабораторно-полевых исследований макетных образцов рабочих органов для отделения листьев табака от стебля Объем освоения на опытно-селекционном участке ФГБНУ ВНИИТТИ в 2006 году согласно Техническому заданию на выполнение научно-исследовательских и опытно — конструкторских работ (Приложение №1 к Государственным контрактам № 4.1.8/67 - 2006) составил 20.6 га

Начальник управления

инженерно-технической политики Министерства

С. И. Шаталов