Изыскание перспективных способов снижения повреждений клубней при машинной уборке картофеля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева

ИЗЫСКАНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ СПОСОБОВ СНИЖЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ КЛУБНЕЙ ПРИ МАШИННОЙ УБОРКЕ КАРТОФЕЛЯ

Голиков Алексей Анатольевич к.т.н.

Верещагин Николай Иванович д.т.н., профессор

Москва, Россия

Самой трудо- и энергоемкой частью технологии машинного производства картофеля является процесс уборки, который осуществляется в основном комбайнами. Современные картофелеуборочные машины обеспечивают требуемые показатели эффективности в благоприятных условиях эксплуатации. В неблагоприятных условиях (которые, в первую очередь, характеризуются повышенной или пониженной влажностью почвы) полнота сепарации клубней от примесей снижается, а потери и повреждения продукции растут. Данная ситуация связана с несовершенством сепарирующих рабочих органов картофелеуборочных машин. В процессе машинной уборки на сепарирующих рабочих органах отсеивается до 1000 тонн почвы с 1 Га. Вследствие этого производительность картофелеуборочных комбайнов в целом определяется пропускной способностью их сепараторов. В настоящее время наиболее широкое распространение и применение получили прутковые элеваторы. Одним из существенных недостатков является то, что в условиях пониженной влажности почвы наблюдается значительный рост повреждений клубней, основная причина которого заключается в контакте клубненосного вороха с боковинами рамы уборочной машины. Исходя из вышесказанного, можно утверждать, что повышение эффективности и качества функционирования рабочих органов сепарации картофелеуборочных машин является актуальной научно-технической задачей для сельского хозяйства

Ключевые слова: КАРТОФЕЛЬ, СЕПАРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, КЛУБЕНЬ, КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНАЯ МАШИНА, ПОВРЕЖДЕНИЯ, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ

Современные картофелеуборочные машины в общем виде представляют собой сложный технологический механизм, состоящий из отдельных технологических блоков, среди которых можно выделить подкапывающие, сепарирующие рабочие органы, устройства для накопления и выгрузки продукции и т.д. Все многообразие и сложность конструкции является результатом научно-технического прогресса от ручного возделывания культуры до технологий и техники «умного земледелия» [1, 2, 3]. Причем эффективность работы всей системы непременно будет зависеть от слаженности функционирования каждого из приведённых выше отдельных технологических блоков. В общем случае картофелеуборочный комбайн обеспечивает требуемые показатели эффективности функционирования при благоприятных условиях эксплуатации [1, 2].

В неблагоприятных условиях эксплуатации полнота сепарации клубней от примесей снижается, а потери и повреждения продукции растут [4]. Данная ситуация связана в первую очередь с несовершенством сепарирующих рабочих органов картофелеуборочных машин [5, 6, 7]. Так подавляющее большинство повреждений клубней возникает от взаимодействия с неупругими поверхностями рабочих органов, например, с жесткими боковинами рамы комбайна (рис. 1). Причем ситуация усугубляется тем, что основная масса почвы отсеивается на первом элеваторе (до ), а на последующие - поступают преимущественно клубни с растительными примесями (повышая тем самым вероятность получения травмы клубнем) [6]. В связи с чем, дальнейшее развитие уборочной техники непосредственно связано с устранением или частичной ликвидацией данного негативного фактора [4].

Одним из возможных способов решения поставленной задачи является использование упругих материалов в качестве покровного слоя жестких поверхностей рабочих органов картофелеуборочных машин или внедрения устройств в их конструкцию, способных предотвратить взаимодействия клубней с потенциально опасными элементами [4, 8]. Основываясь на результатах проведенных анализа существующих аналогов и теоретических исследований, был разработан и запатентован [9] рабочий орган сепарации картофелеуборочных машин, представленный на рисунке 2.

а) вид спереди; б) вид сбоку. 1 - клубни; 2 - почвенные комки; 3 - боковины картофелеуборочных машин.

Рисунок 1 Условный профиль клубненосного вороха на различных этапах сепарации

картофелеуборочный машина сепарация рабочий

Сепарирующее устройство картофелеуборочной машины, содержит установленное на раме полотно просеивающего пруткового элеватора, и снабжено упругими элементами ограничения контакта клубней с рамой, выполненными в виде эластичных прутков, расположенных вдоль полотна элеватора с его боков параллельно раме и симметрично относительно его центральной оси. Они закреплены консольно к внешней стороне элеватора между его прутками, и имеют сечение в форме равнобедренной трапеции, причем большее основание трапеции направлено в сторону центральной оси элеватора [9].

а)

б)

а) технологическая схема; б) местный вид. 1 - упругие элементы; 2 - прутки элеватора.

Рисунок 2 Сепарирующее устройство клубнеуборочной машины

Применение предложенного устройства позволяет не только существенно снизить количество повреждений клубней картофеля о жесткие боковины рамы, но так же исключить возможность забивания компонентами клубненосного вороха пространства между ней и упругими элементами, создавая предпосылки к повышению эксплуатационной производительности картофелеуборочной машины [9].

С целью обоснования конструктивных параметров упругих элементов рабочего органа сепарации были выполнены следующие лабораторно-полевые испытания устройства с обработкой результатов по методу многофакторного корреляционно-регрессионного анализа в соответствии с СТО АИСТ 8.5-2010.

Разработанный рабочий орган сепарации был смонтирован на серийном картофелекопателе КТН-2В (рис. 3). После анализа и обработки результатов исследований было установлено, что наиболее близким уравнением регрессии, описывающим процесс повреждаемости клубней, оказалось уравнение экспоненциального вида, так как коэффициент множественной корреляции наиболее близок к единице (0.99717) и средняя ошибка аппроксимации минимальна (1.41684).

Окончательно полученное уравнение регрессии выглядит следующим образом:

.

где - площадь основания упругого элемента, ;

- высота упругого элемента, м;

- урожайность картофеля, т/га;

- скорость движения экспериментальной установки, км/ч.

В ходе выполнения лабораторно-полевых исследований было установлено, что для достижения наиболее значительного технологического эффекта, а именно максимального снижения повреждений клубней, необходимо использовать упругие элементы трапециевидной формы, имеющие высоту Нэл=6 см и площадь основания Sосн=5.94 см² [4]. Применение в конструкции сепарирующего рабочего органа уборочной машины ограничителей контакта клубней с заданными характеристиками позволило добиться снижения повреждений клубней при оптимальном скоростном режиме на 30.27% (с 10.14% на серийном КТН-2В до 7.07% на усовершенствованном картофелекопателе).

1 - рама; 2 - полотно элеватора; 3 - упругие элементы; 4 - прутки элеватора.

Рисунок 3 Схема картофелекопателя КТН-2В оснащённого усовершенствованным рабочим органом сепарации

В процессе эксплуатации уборочной техники наступление технологического отказа машины характеризуется превышением хотя бы одним из показателей качества выполнения процесса машинной уборки картофеля установленных границ АТТ.

В ходе научно-исследовательской работы нами была предложена математическая модель вероятностной оценки наступления технологического отказа картофелеуборочной машины, оснащенной усовершенствованным рабочим органом сепарации [4, 10].

где - нижняя граница повреждений клубней; - верхняя граница повреждений клубней; - исследуемое количество клубней, кг; - условно принятая масса клубня, кг; - действующее значение нагрузки на клубень, H; - допустимое значение нагрузки i-го диапазона, H; - высота грядки, м; - количество исследуемых клубней, шт; - ширина грядки, м; - вероятность появления клубня i-го диапазона; У - урожайность картофеля, кг/м²; - удельный вес клубней, кг/м³; - площадь учетной делянки, м²; - скорость картофелеуборочной машины, м/с; - коэффициент изменения объема примесей; - коэффициент изменения объема клубней; - количество убираемых рядков; - линейная скорость усовершенствованного элеватора, м/с; - расстояние между рядами упругих элементов (активная ширина сепаратора), м; l - длина элеватора, м; - объем примесей в исследуемом ворохе, м³; ,, - коэффициенты значимости факторов; - высота упругого элемента, ; - удельный вес примесей, ; - ширина грядки, м.

Располагая необходимыми знаниями касательно условий проведения уборочных работ, имеем возможность спрогнозировать наступление технологического отказа агрегата при помощи предложенной выше математической модели вероятностной оценки применительно к конкретным режимам работы картофелеуборочной машины [10].

На заключительном этапе исследовательской работы были проведены полевые испытания разработанного рабочего органа сепарации, размещенного на базе серийного картофелеуборочного комбайна, работающего по классической компоновочной схеме (замене подвергся дополнительный элеватор картофелеуборочной машины). Полученные результаты были занесены в таблицу 1.

Таблица 1

Результаты хозяйственных испытаний картофелеуборочных машин

Полевые испытания усовершенствованной картофелеуборочной машины подтвердили эффективность использования разработанного рабочего органа сепарации (в сравнении с серийной моделью повреждения клубней снизились с до ). При этом были созданы предпосылки к повышению эксплуатационной скорости машины с до , а следовательно увеличению производительности с до при соблюдении АТТ к качеству выполнения уборочных работ.

Литература

1. Основные тенденции развития высокопроизводительной техники для картофелеводства / Н.Н. Колчин [и др.] // Тракторы и сельхозмашины. 2012. С. 46-51.

2. Принципы и методы расчета и проектирования рабочих органов картофелеуборочных машин: учебное пособие / Н.В. Бышов, И.А. Успенский, А.А. Сорокин [и др.]. Рязань: Изд-во ФГБОУ ВПО РГАТУ, 2005.282 с.

3. Голиков, А.А. Перспективные направления развития сепарирующих устройств корнеклубнеуборочных машин / А.А. Голиков // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. 2013. № 20. С. 103-105.

4. Голиков А.А. Совершенствование технологического процесса и рабочего органа сепарации картофелеуборочных машин: дис. … канд. техн. наук: 05.20.01 / А.А. Голиков. Рязань, 2014. 138 с.

5. Повышение эксплуатационно-технологических показателей транспортной и специальной техники на уборке картофеля [Электронный ресурс] / Г.К. Рембалович [и др.] // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2013. №88. С. 509 - 518. Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2013/04/pdf/34.pdf.

6. Успенский, И.А. Основы совершенствования технологического процесса и снижения энергозатрат картофелеуборочных машин: автореф. дис. … докт. техн. наук: 05.20.01 / И.А. Успенский. М., 1997. 36 с.

7. Инновационные решения уборочно-транспортных технологических процессов и технических средств в картофелеводстве / Г.К. Рембалович [и др.] // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2013. №1. С. 23-25.

8. Пат. 2464765 Российская Федерация, МПК А01D17/10. Сепарирующее устройство корнеклубнеуборочной машины / Рембалович Г.К. [и др.]; патентообладатель ФГБОУ ВПО РГАТУ. № 2011105634/02; заявл. 15.02.2011; опубл. 27.10.2012, бюл. № 30.

9. Пат. 129345 Российская Федерация, МПК A01D17/00. Сепарирующее устройство корнеклубнеуборочной машины / Рембалович Г.К. [и др.]; патентообладатель ФГБОУ ВПО РГАТУ. №2012133070/13; заявл. 01.08.2012; опубл. 27.06.2013, бюл. №18.

10. Математическая модель вероятностной оценки наступления технологического отказа картофелеуборочной машины [Электронный ресурс] / А.А. Голиков [и др.] // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2014. №99. С. 189 - 200. Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2014/05/pdf/11.pdf.

Размещено на Allbest.ru