Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по разное
На правах рукописи
АТЫПОВ Рафкат Мирхатович
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
ДЛЯ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ И УБОРКИ КАРТОФЕЛЯ
Специальность 05.20.01 - Технологии
и средства механизации сельского хозяйства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Челябинск - 2010
Работа выполнена на кафедре Эксплуатация машинно-тракторного парка Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Челябинская государственная агроинженерная академия.
Научный консультант: | Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Жилкин Виталий Афанасьевич |
Официальные оппоненты: | Заслуженный работник высшей школы РФ, доктор технических наук, профессор Рахимов Раис Саитгалеевич |
доктор технических наук, профессор Костюченков Николай Васильевич | |
доктор технических наук, доцент Мударисов Салават Гумерович | |
Ведущая организация: | ГНУ Южно-Уральский научно-исследовательский институт плодоовощеводства и картофелеводства Россельхозакадемии. |
Защита состоится 28 октября 2010 года, в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.069.01 при ФГОУ ВПО Челябинская государственная агроинженерная академия по адресу 454080, г.Челябинск, пр.Ленина,75.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Челябинской государственной агроинженерной академии.
Автореферат разослан л сентября 2010 года и размещен на официальном сайте ВАК Минобрнауки России
Ученый секретарь диссертационного совета
доктор технических наук, профессор Возмилов А.Г.
Общая характеристика работы
Актуальность проблемы. Правительство РФ обозначило основные направления развития аграрного сектора, отраженные в приоритетных национальных проектах, предусматривающие повышение эффективности сельскохозяйственного производства, в том числе производства картофеля. За последние 15 лет в стране произошло снижение валового сбора картофеля почти в три раза. Увеличение урожайности картофеля является основной целью при решении большинства задач, связанных с усовершенствованием технологических процессов и рабочих органов сельскохозяйственных машин. Для удовлетворения потребностей государства в картофеле необходимо довести его урожайность до 200Е250 и более центнеров с гектара с наименьшими затратами ручного труда.
Производство картофеля связано с большими энерго- и трудозатратами, из которых основная доля приходится на уборку. Картофель по энергоемкости в 4-5 раз превышает этот показатель по возделыванию зерновых культур. По данным Кущева И.Е., затраты энергии на обработку почвы составляют до 30-35% от общих затрат, на посадку - 8-10% и на механизированную уборку урожая - 50-60%, из которых 53-57% приходится на долю сепарации. Через сепарирующие рабочие органы проходит около 1000 т почвы на один гектар. Исследования работы рабочих органов почвообрабатывающих машин, применяемых в современной технологии производства картофеля, показывают, что значительная часть их не отвечает агротехническим требованиям. Для них характерно низкое качество выполнения технологического процесса обработки почвы. При уборке картофеля комбайнами 35-45% клубней повреждаются, а количество почвы в таре колеблется от 10 до 50%.
Затраты труда на возделывание картофеля по данным Госкомстата, в среднем составляют: на 1 га площади 150Е400 чел.-ч, на 1 ц продукции - 4,0Е6,5 чел.-ч. Основной причиной высоких затрат труда на производство единицы продукции является значительная доля ручного труда при уборке картофеля ввиду неэффективного использования механизированных способов уборки, что требует кардинальных мер, направленных на совершенствование структуры посевных площадей, сохранение плодородия почвы, улучшение качества обработки почвы и посадочного материала, внедрение прогрессивных технологий возделывания.
Создание новых и модернизация существующих рабочих органов машин для возделывания и уборки картофеля с целью повышения качества выполнения технологических операций, повышения урожайности, снижения расхода энергоресурсов и затрат ручного труда является актуальной проблемой.
Проблемная ситуация. Урожайность картофеля и удельные затраты ресурсного потенциала (энергетические, трудовые) на единицу продукции определяются в основном созданием условий для развития растений, что находится в тесной взаимосвязи с качеством посадки, обеспечением нормы питания, которые в свою очередь являются следствием обеспечения агротехнически необходимого фракционного состава при предпосадочной обработке почвы и эффективности локального внесения удобрений, обеспечивающих механизированный способ уборки.
Анализ научных исследований показал, что основная доля затрат ресурсного потенциала при возделывании картофеля (энергозатрат до 60% и трудозатрат до 40-50%) приходится на технологический процесс уборки картофеля. В результате раскрытия причинно-следственной связи управляемых факторов и выходных показателей технологических процессов по возделыванию и уборке картофеля сформулирована гипотеза.
Гипотеза: Усовершенствование технологических процессов и технических средств для возделывания картофеля возможно путем раскрытия взаимосвязи между выходом продукции, затратами ресурсного потенциала и качественными показателями предпосадочной обработки почвы и внесения удобрений.
Цель работы. Совершенствование технологических процессов и технических средств для возделывания и уборки картофеля с целью обеспечения механизированной уборки картофеля, повышения урожайности и сокращения удельных затрат ресурсов.
Задачи исследования
- Обосновать направления совершенствования технологии возделывания и уборки картофеля за счет повышения качества подготовки почвы и внесения удобрений, снижения ресурсного потенциала (энерго- и трудозатрат) на единицу продукции.
- Разработать структурную модель оценки и выбора технологических процессов возделывания и механизированной уборки картофеля, направленных на усовершенствование предпосадочной подготовки почвы и внесения удобрений.
- Теоретически исследовать процессы взаимодействия рабочих органов и машин для предпосадочной обработки почвы и внесения удобрений, обосновать их рациональные параметры, режимы работы, технологические и энергетические показатели.
- Провести полевые исследования рабочих органов и машин для предпосадочной обработки почвы и внесения удобрений, экспериментально подтвердить их конструктивные параметры, режимы работы, технологические и энергетические показатели.
- Провести агротехническую и экономическую оценку работы почвообрабатывающих машин с разработанными рабочими органами и разработать рекомендации по их применению.
Объект исследований. Технологические процессы предпосадочной подготовки почвы рабочими органами почвообрабатывающих машин активного и пассивного типа, технологические процессы внесения удобрений и уборки картофеля.
Предмет исследований. Закономерности влияния параметров и режимов работы рабочих органов машин для предпосадочной подготовки почвы и внутрипочвенного внесения удобрений на качественные характеристики обрабатываемого слоя почвы и затраты ресурсного потенциала.
Научная новизна основных положений, выносимых на защиту. Разработана структурно-технологическая модель анализа и поэтапной оценки технологии возделывания картофеля, позволяющая определить основные направления совершенствования почвообрабатывающих рабочих органов активного и пассивного типа и высевающего устройства для внутрипочвенного внесения удобрений.
Предложена структурная модель подготовки почвы и внесения удобрений, теоретически установлены и экспериментально подтверждены функциональные связи между показателями систем, позволяющие проектировать орудия, режимы использования и выбирать технологии, обеспечивающие повышение урожайности и сокращение ресурсного потенциала при производстве картофеля.
Обоснованы рациональные параметры и режимы работы грядообразователя фрезерного типа и бесприводного ротационного рабочего органа, обеспечивающие высокое качество обработки почвы и повышение эффективности механизированной уборки картофеля. Получены аналитические зависимости раскрывающие взаимосвязь между энергетическими показателями почвообрабатывающих агрегатов и рабочими органами активного и пассивного действия, определено расчетное значение коэффициента протаскивания при определении общего сопротивления тягово-приводного орудия.
Получены зависимости относительной скорости движения частицы по вибрирующей поверхности. Для экспериментального высевающего устройства коэффициент кинематического режима К имеет минимальное и максимальное значения для одного режима работы в отличие от известных вибрационных устройств. Впервые предложены внутрипочвенный способ внесения удобрений под картофель и техническое устройство для его осуществления, обеспечивающее равномерность распределения удобрений. Получены новые экспериментальные данные, отражающие качественные, энергетические и технико-экономические показатели использования почвообрабатывающих машин и МТА при возделывании картофеля. Разработаны методики расчетов на ЭВМ эксплуатационных показателей МТА, позволяющие на стадии комплектования агрегата обосновать его состав, выбор технологических операций, повысить производительность МТА и эффективность использования затрачиваемой энергии на обработку почвы. Новизна технических решений защищена патентом на изобретение, пятью патентами на полезную модель.
Практическая значимость. Работа выполнена согласно межведомственной координационной программе фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2001-2005 гг. Научные основы формирования и функционирования эффективного агропромышленного производства по направлению 02.01 Разработать новое поколение экологически безопасных ресурсосберегающих машинных технологий и создать комплекс конкурентоспособных технических средств для устойчивого производства приоритетных групп сельскохозяйственной продукции для растениеводства.
На основе исследований составлены исходные требования и технические задания на разработку и создание рабочих органов для предпосадочной обработки почвы. Результаты исследований по обоснованию параметров рабочих органов для обработки почвы, методы расчета и проектирования, чертежно-техническая документация переданы в ООО Варнаагромаш. Изготовлена опытная партия почвообрабатывающих машин: грядообразователей фрезерного типа с шириной захвата 1,4 и 4,2 м, комбинированные машины с бесприводным ротационным рабочим органом с шириной захвата 2,8 м.
Опытная партия машин для предпосадочной обработки почвы и внутрипочвенного внесения удобрений и усовершенствованная технология внедрены в картофелеводческих хозяйствах Челябинской и Курганской областей, что позволило повысить эффективность механизированных способов уборки картофеля, урожайность картофеля на 25-30% и снизить затраты труда с 4,5-6,0 до 1,6-2,0 чел.-ч на 1 ц продукции. Внутрипочвенное внесение удобрений обеспечивает повышение урожайности картофеля в сравнении со сплошным способом внесения или позволяет получать равную урожайность при снижении нормы внесения удобрений в 3-4 раза.
Апробация результатов исследований. Основные положения исследований доложены, обсуждены и одобрены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЧГАА (ЧГАУ) (1993-2008 гг.), на секциях НИИМАСП ЧГАА (2003-2006 гг.), УИ - СХТ при ЧГАА (2006 г.), на международной научно-практической конференции (Кокшетау, 2006 г.), на НТС Межрегионального комитета по сельхозмашиностроению Ассоциации экономического взаимодействия областей и республик Уральского региона (2007 г.), в Российском государственном аграрном университете - МСХА им. К.А.Тимирязева (Москва, 2007 г.); на международной научно-технической конференции (Алматы, 2007 г.).
Публикации. Список основных публикаций по материалам диссертации включает в себя 76 работ, в том числе в изданиях рекомендованных ВАК, опубликовано 10 работ, получены четыре свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ. Основные положения отражены в двух учебных пособиях, в том числе одно с грифом УМО. Зарегистрированные программные продукты для ЭВМ используются в учебном процессе ФГОУ ВПО Челябинская государственная агроинженерная академия. Изданы рекомендации НТС Межрегионального комитета по сельхозмашиностроению Ассоциации экономического взаимодействия областей и республик Уральского региона по совершенствованию технологических процессов и технических средств для возделывания и уборки картофеля.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, рекомендаций для производства и приложений. Общий объем диссертации составляет 325 страниц, в том числе приложения на 51 страницах. Список литературы включает 249 источников, из них 7 на иностранных языках.
Содержание работы
Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель исследований, показаны научная новизна и практическая значимость, отражены вопросы реализации и апробации полученных научных и практических результатов.
Первая глава Современное состояние проблемы и направления исследования посвящена анализу развития картофелеводства в России и в зоне Южного Урала, существующих технологий, машин, рабочих органов и условий возделывания картофеля. Приведены результаты анализа влияния почвенно-климатических условий на работоспособность картофелеуборочных комбайнов. Определены направления совершенствования технологических процессов и технических средств для возделывания картофеля. Сформулированы проблема, научная гипотеза, задачи исследования.
Исследованиями П.М.Василенко, Д.Шпаара, П.Шуманна, Е.А.Глухих, В.П.Горячкина, М.И.Кана, Н.М.Постникова, А.Ф.Чирку-нова, К.А.Пшеченкова, А.П.Дорохова и других ученых установлено, что качество работы картофелепосадочных, а в дальнейшем и картофелеуборочных машин определяется качеством выполнения операций на этапах подготовки почвы и ухода за посадками картофеля, от которых зависит чистота сепарации вороха при уборке картофеля. Засоренность картофельного вороха почвенными комками снижает качество разделения их на сортировальных пунктах. Вынос плодородного слоя почвы в картофельном ворохе при уборке определяет вред наносимый продуктивности почвы.
Традиционные технологии возделывания картофеля сопровождаются многократным проходом агрегатов по полю, что вызывает повышение механического воздействия ходовых систем на почву. Суммарная площадь следов движителей при возделывании картофеля превышает площадь обрабатываемого участка в 2 раза, 10-12% площади поля подвергается воздействию от 6 до 20 раз, 65-80% от одного до шести раз, не подвергается воздействию 10-15% площади.
Предупреждение появления почвенных комков - это одна из задач при подготовке почвы под картофель. Оценивая различные технологии производства картофеля, можно выбрать для конкретных условий (природно-климатических и организационно-экономических) наиболее эффективные технологические схемы возделывания картофеля. Очевидно, что исходя из энергетических критериев, предпочтение должно отдаваться той технологии, которая позволяет повысить качество выполнения агротехнических приемов по обработке почв, получать продукцию с более высоким коэффициентом энергетической эффективности, меньшими удельными энергозатратами.
Совершенствование технологии возделывания картофеля должно быть направлено на получение высоких урожаев, при снижении энерго- и трудозатрат за счёт не отдельных эффективных технологических приёмов, новых рабочих органов, а совокупности мероприятий, базирующихся на комплексном использовании передовой агротехники, системы машин в зависимости от погодно-климатических условий и развития растений.
Вторая глава Разработка структурной модели оценки и совершенствования технологии возделывания и уборки картофеля посвящена совершенствованию технологии возделывания и уборки картофеля. Проведен структурный анализ технологии возделывания и уборки картофеля, в результате которого выделены пять этапов: основная обработка почвы, предпосадочная обработка почвы, посадка картофеля и внесение удобрений, уход за посадками и уборка. Определены основные показатели, влияющие на качество выполнения каждого этапа. Разработана модель возделывания и уборки картофеля, рассмотрены составляющие системы и их функциональные связи, позволившие обосновать показатели, характеризующие эффективность процесса обработки почвы и внесения удобрений, а также ограничения, накладываемые на целевые функции. Определены основные направления совершенствования технологии возделывания и уборки картофеля.
В исследованиях, предшествующих нашему, рассматривалась существующая система почва - растение в ее функциональных связях с техническими средствами (ТС) в применяемых технологиях. Задачей системы является получение максимальной или планируемой урожайности Y(t). Основные недостатки рассматриваемой системы состоят в следующем:
- применяемые технические средства для обработки почвы и внесения удобрений не учитывают обратные связи и неоднородность почвенной среды;
- основные факторы, определяющие процесс внесения удобрений, являются неопределенными;
- для составляющих системы почва - растение не учитываются их физико-механические свойства и технологические показатели.
Для разработки структурной модели системы подготовки почвы и внесения удобрений требуется учет следующих положений:
- при любом способе обработки почвы и внесения удобрений объектами являются почва, удобрения, клубни и растения картофеля;
- объекты представляют собой единую систему и взаимодействуют друг с другом с учетом физико-механических свойств и технологических показателей;
- взаимодействие рабочих органов с почвенной средой, растениями (семенами) и удобрениями;
- для оценки качества функционирования технических средств необходимы контроль и управление технологическим процессом обработки почвы и внесения удобрений;
- необходимо управление потоками мощности энергетического средства через исполнительные механизмы, с целью снижения энергозатрат агрегата и выбора рациональных параметров и режимов работы рабочих органов машин для обеспечения заданного уровня качества обработки почвы и внесения удобрений.
С учетом изложенных положений в предлагаемую структурную модель включены агробиологическая (АБС), механико-технологи-ческая (МТС), техническая (ТС), агротехнологическая (АТС) и энергетическая (ЭС) системы (рисунок 1). Составляющие системы и их функциональные связи позволяют обосновать показатели, характеризующие эффективность процесса обработки почвы и внесения удобрений, обеспечивающие заданный уровень качества подготовки почвы с целью получения необходимого структурного состояния почвы.
В третьей главе Обоснование параметров и режимов работы рабочих органов для предпосадочной обработки почвы обоснованы рациональные параметры рабочих органов для предпосадочной обработки почвы. Смоделирован процесс обработки почвы, позволяющий определить характер изменения и распределения напряжений в почве при взаимодействии с рабочим органом. В соответствии с теоретическими предпосылками проведены экспериментальные исследования. Получены аналитические зависимости, определяющие взаимосвязь между качественными показателями работы почвообрабатывающих рабочих органов и их конструктивными параметрами. Представлены зависимости результатов тягово-энергетических показателей почвообрабатывающих орудий.
3.1. Грядообразователь фрезерного типа
Уравнения движения рабочего органа фрезерного барабана
x = Vпt - Rsint; (1)
определяют абсолютную траекторию движения рабочих органов фрезерного барабана с горизонтальной осью вращения (рисунок 2) без проскальзывания в параметрической форме.
Рисунок 2 - Расчетная схема к выбору уравнения движения
рабочего органа фрезы
Подача на рабочий орган - это показатель, определяющий энергетические и агротехнические показатели работы ротационных машин. Траектория движения ножа смещена относительно смежного ножа по горизонтали на некоторую величину подачи S =.Vt, где t - время, в течение которого нож поворачивается на угол, равный углу между соседними ножами.
Усилия резания ножами зависят от толщины стружки и определяются расстоянием между соседними траекториями ножей, измеренным в радиальном направлении от центра барабана, а также углом поворота и временем поворота между рабочими органами.
Значение срезаемой толщины стружки рабочим органом фрезы определяется зависимостью
. (2)
Теоретическими исследованиями установлено, что в рабочем диапазоне фреза работает с подачами S = 8-17 см, толщина стружки составляет 5-20 см. При работе с кинематическим параметром = 2-4 диаметр барабана фрезы составляет 0,4-0,5 м (рисунок 3). Количество ножей Z при указанных параметрах составляет 3-5 шт. в одной плоскости фрезерного барабана. Определенной величине кинемати-ческого параметра соответствует определенное значение подачи: малым значениям кинематического параметра соответствуют большие значения подачи и наоборот. Подача должна определяться из условий требуемого качества обработки почвы.
- диапазон по глубине обработки почвы
Рисунок 3 - Зависимость подачи рабочего органа S
от кинематического параметра и диаметра барабана
Моделирование процесса обработки почвы позволяет обосновать рациональные параметры и режимы работы проектируемых почвообрабатывающих машин, определить величину тягового сопротивления орудия в целом.
При обосновании параметров рабочего органа фрезы для рассматриваемого случая контактного взаимодействия стержня и полуплоскости (рисунок 4) принята гипотеза Сен-Венана о затухании напряженно-деформированного состояния (НДС) на удалении от зоны контакта и тем самым постулируется возможность рассмотрения локального напряженно-деформированного состояния в зоне контакта.
Рисунок 4 - Схема деформированной полуплоскости
и контактирующего с ней стержня
Численное решение задачи о взаимодействии стержня и полуплоскости в системе MSC Patran показало, что деформации (рисунок 4 а) не противоречат физическому смыслу задачи. В системе Patran напряжения по умолчанию выводятся только в четырех точках, фиксированных для каждого типа поперечного сечения. Если выбрать какую либо точку (рисунок 4 в), то появится информация о напряжениях в наиболее нагруженном волокне стержня (рисунок 4 б). Нормальные напряжения в опасной точке стержня не превышают допускаемых (для малоуглеродистой стали 160 МПа).
Максимальные нелинейные напряжения полуплоскости не превышают 0,346 МПа, полные напряжения не превышают 0,556 МПа. Картины полос (рисунок 5) позволили получить информацию о напряженно-деформированном состоянии почвы. За рабочим органом дневная поверхность почвы покрывается трещинами, ориентированными вдоль оси вращения рабочего органа, а у свободного торца рабочего органа образуется уплотненное ядро. Соответственно расчеты нужно проводить, принимая во внимание характеристики этого уплотненного ядра почвы.
Рисунок 5 - Схема эквивалентных напряжений Мизеса
при повороте рабочего органа фрезы на угол 60о
Применение моделирования МКЭ позволяет описать процесс взаимодействия рабочего органа с почвой, определить направление главных напряжений в обрабатываемом слое почвы, выбрать параметры рабочих органов и режимов работы. Решение задачи о напряженно-деформированном состоянии почвы позволяет определить значение равнодействующей предельного сопротивления рабочего органа и величину тягового сопротивления орудия в целом:
, Н (3)
где пр - предельное (разрушающее) значение касательного напряжения; Ц угол наклона рабочего органа, град; L - длина рабочего органа фрезы, м; - площадь подвергаемая обработке, м2; l - расстояние от центра фрезерного барабана до места приложения равнодействующей предельного сопротивления, м; G - сила тяжести вырезаемого блока, кг; С - расстояние до центра масс отрезаемой стружки, м; Z - число рабочих органов в одной плоскости, шт.
Уровень энергетической эффективности рабочей машины определяется КПД, величина которого показывает, какая часть от общей энергии, подведенной к машине (Nкр, ), используется непосредственно на преобразование предмета труда (почвы, растения) из одного качественного состояния в другое - конечное или промежуточное. Если обозначить отношение массы орудия, приходящейся на опорную поверхность СХМ к массе орудия в целом Gопор/Gор через , то при средних условиях работы МТА коэффициент протаскивания машины определяется из выражения
. (4 )
Полезные затраты энергии на изменение качественного состояния почвы с учетом передачи энергии от ДВС к рабочей машине имеют вид
. (5)
Эти затраты снижаются с увеличением (рисунок 6), а с увеличением поступательной скорости Vп полезные затраты имеют нарастающий характер.
Рисунок 6 - Полезные затраты энергии Nт.схм на изменение
качественного состояния почвы в зависимости от изменения
КПД фрезерной почвообрабатывающей машины напрямую зависит от КПД механизма привода барабана и от потерь на перекатывание опорных частей машины; он равен отношению мощности на преодоление полезных сопротивлений ко всей потребляемой мощности:
. (6)
Для определения структурного состояния почвы в зависимости от кинематических параметров и режимов работы рабочего органа фрезерного почвообрабатывающего орудия, при фиксированных граничных значениях влажности удобрений, получена модель объекта исследований второго порядка, которая имеет вид
. (7)
Установлено, что значения однородности фракционного состава почвы при обработке рабочими органами фрезы (рисунок 3.35), соответствуют агротехническим требованиям при количестве ножей для фрезы в одной плоскости Z=3-4 шт. Эксперименты показали, что наилучшие показатели фракционного состава почвы при значениях кинематического параметра =4 и глубины обработки а=0,14 м обеспечиваются при значении диаметра барабана D=0,4 м. Экспериментальные значения по диаметру барабана и количеству ножей совпадают с теоретическими значениями. Условие экстремума соответствует максимуму при влажности почвы 20-22%.
Vп = 1,6 м/с, а=0,14 м, влажность почвы 20-22%
Рисунок 7 - Зависимость фракционного состава Ф
от изменения диаметра фрезы D и количества ножей Z
При энергетической оценке почвообрабатывающих машин с серийными и экспериментальными рабочими органами использован электротензометрический метод измерения и регистрации контролируемых параметров динамометрированием по ОСТ 102.2.-2002. Результатами экспериментов (рисунок 8) установлено, что с увеличением скорости движения агрегата и глубины обработки тяговое сопротивление грядообразователя фрезерного типа возрастает.
Рисунок 8 - Зависимости сопротивления R и удельного расхода
топлива q тягово-приводного агрегата от поступательной
скорости Vп и глубины обработки а
В области рациональных рабочих скоростей 5,0 км/ч величина тягового сопротивления R=3,5Ц6,0 кН. Показатели буксования составляют 8,0-8,7%, что не превышает нормативы для колесных тракторов. Обработка результатов испытаний показала, что энергетическая оценка грядообразователя с трактором МТЗ-82 на III и IV передачах при нарезке гряд фрезерованием соответствует скоростному режиму по агротехническим требованиям. Рабочие скорости изменяются в пределах 2,0Ц8,0 км/ч, с обеспечением качественных показателей и необходимой производительности до 0,6-0,8 га/ч.
При рабочих скоростях движения агрегата до 8 км/ч зависимости, полученные при экспериментальных исследованиях производительности агрегата, показывают сходимость с результатами теоретических исследований (рисунок 9) и носят прямолинейный характер. Далее экспериментальная кривая описывается уравнением второго порядка.
влажность почвы 22%, а = 10 см
Рисунок 9 - Зависимость производительности W
тягово-приводного агрегата от поступательной скорости Vп
Коэффициент использования эффективной мощности ДВС составляет 0,68-0,98, характеризуется двухпоточным разделением мощности на привод от ВОМ рабочих органов и на преодоление тягового сопротивления орудия и движителей трактора, что обеспечивает полную загрузку ДВС.
3.2. Бесприводной ротационный рабочий орган
Данный рабочий орган приводится в движение за счёт взаимодействия пальцев, выполняющих функцию привода рабочего органа (рисунок 10) с почвой и участвует в поступательном и вращательном движении. Любая точка на поверхности пальца бесприводного ротационного рабочего органа с предлагаемой конструктивной схемой совершает сложное движение, описываемое параметрическими уравнениями:
(8)
Зависимости по определению абсолютной скорости и ускорения рабочего органа, совершающего сложное движение в пространстве, определяются традиционно.
Рисунок 10 - Расчетная схема и вид бесприводного
ротационного рабочего органа
Количество пальцев одной секции определяется по выражению
шт. (9)
Математическая обработка зависимости (9) показала, что при обработке почвы на глубину до 0,2 м в интервале угла наклона секции барабана =10-25о, количество пальцев одной секции Z=20-36 шт. Значение тягового сопротивления пальца
, Н (10)
Тяговое сопротивление рабочего органа складывается из суммы тяговых сопротивлений всех пальцев, одновременно взаимодействующих с почвой.
Модель объекта исследований для определения структурного состояния почвы в зависимости от изменения параметров бесприводного ротационного рабочего органа при фиксированных граничных значениях влажности почвы в области эксперимента имеет вид
(11)
На основе анализа уравнения регрессии построены поверхности отклика (рисунок 11) с целью определения влияния исследуемых параметров на однородность фракционного состава:
(12)
Vп =1,6 м/с, влажность почвы 20-22%
Рисунок 11 - Зависимость фракционного состава Ф почвы
от угла установки оси вращения секции бесприводного
ротационного рабочего органа и глубины обработки а
Установлено, что степень равномерности фракционного состава почвы возрастает с увеличением угла наклона секции бесприводного ротационного рабочего органа до значений =25-26о. Диапазоны значений угла установки секций и глубины обработки а, при которых равномерность фракционного состава почвы соответствует агротехническим требованиям, находятся в пределах =22-31о и а=0,17-0,26 м, при VП 1,8 м/с.
Энергетическая оценка комбинированного агрегата КМПО-2,8 с бесприводным ротационным рабочим органом с трактором МТЗ-82 на III и IV передачах при обработке почвы соответствует скоростному режиму по агротехническим требованиям (рисунок 12). В рабочем диапазоне скоростей обеспечивается производительность 1,3-2,0 га/ч.
С увеличением скорости поступательного движения агрегата тяговое сопротивление бесприводного ротационного органа возрастает. В области рациональных рабочих скоростей 2,5-7,0 км/ч величина тягового сопротивления R = 16-18 кН.
Рисунок 12 - Зависимости сопротивления R и удельного
расхода топлива q тягового агрегата от поступательной
скорости агрегата Vп и глубины обработки а
Рисунок 13 - Зависимость удельных энергозатрат Nуд на обработку
почвы и буксование тягового агрегата
Показатели буксования (рисунок 13) составляют 7,0-9,5%, что не превышает нормативов для колесных тракторов. Коэффициент использования эффективной мощности трактора составляет 0,80-0,98.
В четвертой главе Совершенствование технологии внесения удобрений, обоснование параметров и режимов работы вибрационного высевающего устройства обоснованы рациональные параметры вибрационного высевающего устройства. Получены зависимости относительной скорости движения частицы по вибрирующей поверхности. Впервые предложены внутрипочвенный способ внесения удобрений и техническое устройство для его осуществления, обеспечивающее равномерность распределения удобрений.
Основная задача кинематического расчета вибрационного высевающего устройства состоит в определении закономерности процесса движения удобрений по рабочему органу, обеспечении равномерности высева и обосновании параметров ленты вносимых удобрений. Обоснование параметров вибрационного высевающего устройства выполнено на основе кинематического и динамического анализа движения материальной точки по наклонной вибрирующей поверхности. Движение точки, находящейся на поверхности вибровысевающего устройства, в системе координат ХОУ описывается дифференциальными уравнениями
(13)
где Ц угол наклона высевающего устройства; F - сила трения; N - нормальная реакция опоры; ab, ab - угловые скорость и ускорение днища; - расстояние от данной точки до начала вибровысевающего устройства, L - длина днища; - угол, определяющий направление колебаний.
Уравнение относительного движения точки, находящейся на наклонной качающейся плоскости (рисунок 14), определим по выражению
m rr = P + N + F + Фк + ФЕ, (14)
где P - сила тяжести, P = mg; N - нормальная реакция опоры, N=Pcos; Fтр - сила трения, Fтр= fN; Фк - Кориолисова сила ; - сила инерции, ; - нормальная составляющая переносной силы инерции, ; - касательная сила, .
Перемещение материала по днищу происходит неравномерно, так как в каждом последующем месте высевающего устройства материал получает различную кинетическую энергию, следовательно, скорость и ускорение изменяются при перемещении материала вдоль днища. Если в обычных вибровысевающих устройствах угловое ускорение постоянно для всего грузонесущего органа, то в данном случае его значение нарастает пропорционально величине .
Рисунок 14 Ц Схема сил, действующих на частицу удобрения,
находящуюся на наклонной колеблющейся плоскости
Производительность высевающего устройства определяется из выражения
, кг/с (15 )
где b - ширина выпускного окна, м; Vср - скорость перемещения частицы, м/с; - объемный вес удобрения, кг/м3; h - высота открытия высевного окна, м; - коэффициент наполнения бункера, =0,62-0,70.
Изменяя режим вибрации, можно изменять характер истечения удобрений из высевного окна. Перемещение материала возможно при значениях показателей граничных режимов К0, КН и К'н, при которых сдвиг материала вниз будет преобладать, т.е. наблюдается только движение материала вниз по наклонной плоскости. Практически показатели режима работы вибрационного высевающего устройства машины для внесения удобрений следует выбирать в пределах
К0 > К= > КН > ` (16)
При этом предполагается, что отрыв частиц от плоскости вибровысевающего устройства отсутствует, а сдвиги вниз больше, чем сдвиги вверх, т.е. материал движется вниз. Для экспериментальной проверки теоретических предпосылок на основе анализа полученных зависимостей приняты следующие интервалы изменения частоты и амплитуды А колебаний, угол наклона и длина L вибрационного высевающего устройства: А = 3-6 см, = 30-50 с-1, =15о, L = 1 м.
При обосновании рациональных кинематических параметров и режимов работы вибровысевающего устройства, обеспечивающих равномерную подачу удобрений, использована методика экстремального планирования эксперимента, которая позволяет установить рациональное значение факторов и их выходные параметры. Параметрами отклика являлись показатели: у1 - равномерность высева, оцениваемая через относительную погрешность дозирования; С - коэффициент вариации %; у2 - производительность вибровысевающего устройства, кг/с.
Уравнение регрессии, описывающее объект исследования, имеет вид
(17)
Отрицательные значения коэффициентов уравнения регрессии показывают, что введение в модель их значений на всем интервале варьирования будет приводить к снижению функции. Наибольшее влияние на процесс виброперемещения частиц оказывают коэффициенты Х1, Х2, Х3 (рисунок 15).
Рисунок 15 - Поверхность отклика производительности
вибровысевающего устройства qср в зависимости
от частоты и амплитуды колебаний А
Установлено (рисунок 16), что скорость перемещения материала вдоль вибровысевающего устройства увеличивается с увеличением частоты и амплитуды колебаний. Общей закономерностью установленных зависимостей является то, что при возрастании частоты и амплитуды колебаний скорость перемещения материала увеличивается, причем более интенсивно при увеличении амплитуды колебаний А. При изменении частоты колебаний в пределах с-1 зависимость между исследуемыми величинами незначительно отличается от линейной, что подтверждает правильность вывода, полученного при теоретическом анализе работы вибрационного высевающего устройства. Расхождение теоретических и опытных данных составляет 10-15%. Дальнейшее повышение частоты колебаний снижает интенсивность перемещения материала.
= 15о, H = 15 cм, влажность удобрений 50-55%
Рисунок 16 - Зависимость скорости перемещения удобрений Vср
от частоты колебаний вибровысевающего устройства
Снижение скорости перемещения при частоте колебаний, превышающей указанные пределы, объясняется возрастанием отбрасывающих воздействий днища на частицы удобрения. Аналитическая зависимость между исследуемыми величинами может быть представлена уравнением прямой в указанных пределах:
у = а + b х.
Положение прямой на графике и ее наклон определяются коэффициентами а и b, которые следует определить при выводе частной эмпирической формулы методом выравнивания (выпрямления). Решив эти уравнения с двумя неизвестными относительно а и b, получены значения новых переменных, которые использованы при построении номограммы для определения рациональных режимов работы вибровысевающего устройства.
Установлено, что при различной амплитуде колебаний каждому значению скорости перемещения соответствует определенная (рациональная) частота колебаний. С точки зрения максимальной производительности при А = 3-4 см необходимо задавать частоту =25-30 c-1. Значение кинематического режима К для вибровысевающего устройства характеризует граничные режимы, при которых возможна работа. В отличие от известных устройств величина К имеет значения min и max для одного режима работы. В частности при амплитуде колебаний А = 4 см и ω = 30 с-1 величина К=3,6 на выходе и К=1,8 в начале вибровысевающего устройства, в то время как для обычных виброустройств К = соnst для всего грузонесущего органа.
В качестве технологических показателей приняты производительность q, кг/c, и равномерность подачи, определяемая коэффициентом вариации С. Установлено, что с увеличением производительности высевающего устройства качество распределения удобрений повышается (рисунок 17).
А = 4 см, = 30 с-1, =15о, влажность удобрений 50-55%
Рисунок 17 - Зависимости производительности q и отклонения
равномерности высева удобрений Cv от высоты выпускного окна Н
Качество распределения удобрений по ширине ленты находится в пределах технологического допуска: Сvдоп=15%. Регулирование подачи удобрений целесообразно производить путем изменения высоты открытия выпускного окна при предварительной установке других параметров на рациональные значения.
В пятой главе Обобщение результатов исследований, экономическое обоснование внедрения разработок в производство подведены итоги внедрения результатов исследований в производство, даны технические характеристики машин на основе разработанных рабочих органов, рекомендации по их применению в технологии возделывания картофеля, приведены технико-экономическое обоснование внедрения результатов исследований и рекомендации производству. Изложены общие выводы, приведен список использованной литературы и приложения.
В качестве критерия оценки выровненности поверхности обработанного слоя почвы выбран коэффициент вариации (рисунок 18), характеризующийся отношением отклонения высоты взрыхленного слоя почвы от линии поверхности почвы к среднему значению высоты этого слоя. Установлено, что с увеличением скорости поступательного движения агрегата выровненность почвы ухудшается. Зависимость выровненности обработанного слоя от изменения поступательной скорости описывается функцией = f (Vп):
= 0,3(Vп)2 + 1,3Vп + 14,5. (18)
Рисунок 18 - Зависимость выровненности поверхности
обработанного слоя почвы при различных скоростных режимах
Коэффициент вариации выровненности обработанного слоя почвы экспериментальными рабочими органами фрезерного типа в границах проведенного эксперимента изменяется от 15 до 25%. Выровненность поверхности с увеличением частоты вращения фрезы улучшается. Зависимость выровненности почвы от изменения угловой скорости описывается функцией = f ():
= 0,0692 - 1,711 + 11,4. (19)
В результате улучшения физико-механических свойств почвы на участках, обработанных рабочими органами ротационного типа, наблюдалась более высокая урожайность картофеля. Прибавка урожая картофеля по исследуемым участкам с применением фрезерных рабочих органов при предпосадочной обработке почвы составила до 25% по отношению к контролю (таблица 1).
Таблица 1 - Варианты предпосадочной обработки почвы
и урожайность картофеля на грядах за период 2003-2005 гг.
| Обработки Опытные участки | до всходов | после всходов | Внесе-ние герби-цидов | Урожайность, ц/га | ||||||
| 1я | 2я | 3я | 4я | 5я | ||||||
| 2003 | 2004 | 2005 | Средняя | |||||||
Обработка доминатором КВФ-2,8 Нарезка гребней КОР-4,2 Контрольный участок | + | + | + | + | + | + | 167 | 110 | 123 | 133,3 |
Культивация КПС-4 Фрезерование ГОЦ4,2 экспериментальная машина | - | + | + | + | - | + | 166 | 124 | 138 | 142,6 |
Культивация КМПО- 3 - экспериментальная машина Нарезка гребней КОР-4,2 | + | + | - | + | - | + | 180 | 121 | 136 | 145,6 |
Культивация КМПО- 3 Фрезерование ГОЦ4,2 | - | + | + | - | - | + | 198 | 165 | 140 | 167,6 |
Динамика фракционного состава почвы за вегетационный период показывает, что за время от посадки картофеля (май) до уборки (сентябрь) происходит незначительное изменение фракционного состава (таблица 2). В период ухода за посадками картофеля наблюдается увеличение количества фракций диаметром 25-50 мм и более 50 мм. В этот период увеличивается количество механических воздействий во время междурядных обработок, почва уплотняется под влиянием естественных факторов (осадков, ветра, собственного веса) и под воздействием работающих на ней тракторов и сельскохозяйственных машин.
Таблица 2 - Зависимость фракционного состава почвы
и урожайности картофеля от способов предпосадочной обработки
| Вариант | Урожай- ность, ц/га | Доля частиц почвы менее 25 мм | ||||
май | июнь | июль | август | сентябрь | ||
Обработка доминатором | ||||||
Нарезка гребней КОР-4,2 | 123 | 65,0 | 72,2 | 71,3 | 72,1 | 68,3 |
Культивация КПС-4 | ||||||
Фрезерование ГО-4,2 | 138 | 81,0 | 72,0 | 73,2 | 70,0 | 68,0 |
Культивация КМПО-3 | ||||||
Нарезка гребней КОР-4,2 | 136 | 80,0 | 83,2 | 77,2 | 76,0 | 74,0 |
Культивация КМПО-3 | ||||||
Фрезерование ГО-4,2 | 140 | 84,0 | 86,2 | 82,2 | 80,0 | 78,0 |
Показатели качества крошения почвы фрезерным грядообразователем значительно выше, чем культиватором, оснащенным серийными рабочими органами (рисунок 19). В области рациональных рабочих скоростей (5...6 км/ч) качество крошения почвы рабочими органами активного типа на 12...20% выше, чем при культивации и при скорости 6 км/ч достигает 85%.
Уменьшение количества почвенных комков определяется более высоким качеством подготовки почвы и сокращением количества проходов агрегатов при уходе за посадками картофеля. Возделывание картофеля в объёмных гребнях и грядах обеспечивает лучшие условия для формирования клубневого гнезда в рыхлой части почвы. После создания объёмных гребней и гряд другие механические междурядные обработки не проводятся.
Уборка картофеля производилась картофелекопателями КСТ-1,4А и картофелеуборочными комбайнами КПК-2. Основным оценочным критерием уборочных машин принято просеивание почвы сепарирующими рабочими органами. Установлено, что с увеличением поступательной скорости Vп картофелекопателя КСТ-1,4А от 0,60 до 1,54 м/с увеличивается количество почвы поступающей на сепарирующие рабочие органы, в 2,5-3,0 раза, при этом количество просеваемой почвы снижается всего на 15%.
влажность почвы 20-22%, =25 с-1, а=12 см
Рисунок 19 - Зависимость качества крошения почвы Кр
от скорости поступательного движения агрегата Vп
Наилучшие показатели сепарации почвы при изменении поступательной скорости КСТ-1,4А получены на участках, обработанных почвообрабатывающими орудиями ГО-1,4 и КМПО-2,8 с экспериментальными рабочими органами ротационного типа (вариант 4) при поступательной скорости движения агрегата в пределах Vп = 0,51-0,70 м/с. Количество почвенных комков диаметром до 25 мм на этих участках составляет 83-86% от общей фракции, что соответствует агротехническим требованиям при предпосадочной обработке почвы. Применение экспериментальных рабочих органов при обработке почвы совместно с серийно выпускаемыми орудиями КПС-4 (вариант 2) и культиватором КОР-4,2 (вариант 3) также обеспечивает повышение качества сепарации до 12 и 13% соответственно по сравнению с контрольным участком.
Аналогичные результаты получены при определении качественных показателей картофелеуборочного комбайна КПК-2 (таблица 4). Сепарация почвы увеличивается до 16%, а поступление почвенных комков в бункер-накопитель комбайна на максимальных скоростях на участках обработанных экспериментальными рабочими органами (вариант 4) снижается до 60% по сравнению с контрольным участком (вариант 1), так как разница между секундной подачей и просеянной почвой в первом варианте составляет около 60 кг/с, а в четвертом варианте она уменьшается до 24 кг/с.
Таблица 3 - Качественные показатели работы картофелекопателей КСТ-1,4 А
| № п/п | Способ предпосадочной обработки почвы | Влаж-ность почвы,% | Скорость движения агрегата, м/с | Секундная подача массы, кг/с | Просеяно почвы | ||
кг/с | % | ||||||
| 1 | Обработка КВФ-2,8 Нарезка гребней КОР-4,2 Контрольный участок | 23,2 | 0,60 0,84 1,10 1,34 1,54 | 110,0 151,5 202,6 249,0 280,1 | 80,90 110,90 139,80 161,35 168,00 | 75,4 73,2 69,0 64,8 60,0 | |
| 2 | Культивация КПС-4 Фрезерование ГОЦ1,4 экспериментальная машина | 22,8 | 0,53 0,76 1,04 1,27 1,55 | 99,3 127,2 200,0 240,4 290,1 | 79,90 98,10 146,80 168,28 183,00 | 80,5 77,2 73,4 70,0 63,1 | |
| 3 | Культивация КМПО- 2,8 экспериментальная машина Нарезка гребней КОР-4,2 | 22,6 | 0,5 0,78 1,05 1,27 1,46 | 96,2 131,4 189,5 250,0 292,2 | 79,50 103,80 145,90 182,50 194,30 | 82,7 79,0 77,0 73,0 66,5 | |
| 4 | Культивация КМПО- 2,8 Фрезерование ГОЦ1,4 | 23,0 | 0.51 0,70 0,98 1,24 1,50 | 96,0 124,0 168,5 220,5 283,8 | 82,90 103,50 134,80 175,60 216,00 | 86,4 83,5 80,0 79,6 76,1 | |
Наилучшие показатели сепарации почвы получены при поступательной скорости движения картофелеуборочного комбайна КПК-2 в пределах 0,60-1,02 м/с. Таким образом, предпосадочная обработка почвообрабатывающими орудиями с экспериментальными рабочими органами ротационного типа обеспечивает качество подготовки почвы в соответствии с агротехническими требованиями, что позволяет применять картофелеуборочные комбайны.
На участках, обработанных орудиями с экспериментальными рабочими органами ротационного типа: грядообразователя фрезерного типа ГО-1,4 и комбинированной машины КМПО-2,8, при уборке картофелекопателями чистота картофельного вороха составляет от 80 до 86%, при уборке картофелеуборочными комбайнами - в пределах 94-97% при движении на рациональных скоростях.
Таблица 4 - Качественные показатели работы картофелеуборочного комбайна КПК-2
№ пп | Способ предпосадочной обработки почвы | Влажность почвы,% | Скорость движения агрегата, м/с | Секунд- ная подача массы, кг/с | Просеяно почвы | |
кг/с | % | |||||
| 1 | Обработка КВФ-2,8 Нарезка гребней КОР-4,2 контрольный | 23,2 | 0,55 0,82 1,10 1,27 1,46 | 82,4 121,0 160,6 190,3 226,3 | 66,0 100,6 133,9 150,3 167,4 | 80,2 83,2 83,4 79,0 74,0 |
| 2 | Культивация КПС-4 Фрезерование ГОЦ1,4 экспериментальная машина | 22,8 | 0,58 0,75 1,00 1,27 1,47 | 87,6 118,9 150,1 190,4 232,2 | 82,0 103,4 135,0 162,4 190,6 | 93,7 87,0 90,0 85,3 82,1 |
| 3 | Культивация КМПО-2,8 экспериментальная машина Нарезка гребней КОР-4,2 | 22,6 | 0.52 0,77 1,03 1,30 1,55 | 78,0 120,0 162,4 203,0 230,7 | 72,7 111,0 142,9 179,0 187,3 | 93,2 92,5 88,0 88,2 81,2 |
| 4 | Осенняя вспашка Культивация КМПО- 2,8 Фрезерование ГОЦ1,4 | 23,0 | 0,60 0,79 1,02 1,27 1,50 | 86,3 121,9 165,0 198,0 231,2 | 83,4 119,3 155,6 179,1 207,6 | 96,6 97,8 94,3 90,5 89,8 |
Анализ энергозатрат перспективной технологии показал, что наибольший процент суммарных энергозатрат (56,3%) приходится на топливо, на втором месте стоит овеществлённый труд (41,2%), доля и живого труда составляет менее одного процента (0,55%).
Результаты топливно-энергетической оценки технологии внутрипочвенного внесения удобрений показали: в структуре энергозатрат при внесении удобрений основную долю (до 64-67%) составляют прямые затраты энергии, до 32-35% приходится на суммарную энергоемкость средств механизации и менее 1% на энергозатраты живого труда. Следовательно, для снижения полных затрат энергии необходимо в первую очередь сокращать расход топлива на единицу обрабатываемой площади или единицу получаемой продукции.
Урожайность картофеля при внутрипочвенном внесении удобрений возрастает до 30% при увеличении доз удобрений до 10-12 т/га. Однако при дальнейшем увеличении дозы урожайность снижается от перенасыщенности питательных веществ. Максимальная прибавка урожайности получена при дозе внесения удобрений до 10 т/га.
Применение внутрипочвенного способа внесения удобрений дает годовой экономический эффект от предотвращения экологического ущерба в сумме 4,0-6,0 тыс.руб./га.
Основные выводы
- Изучением практической реализации процессов производства картофеля в зоне Южного Урала, научно-исследовательскими работами по их совершенствованию установлено, что одним из важнейших факторов определяющих эффективность возделывания и уборки картофеля на средних по механическому составу почвах является процесс создания и сохранения требуемого по агротехническим требованиям фракционного состава клубненесущего слоя и обеспечение в ней необходимой для растений питательной среды. Поэтому совокупность последовательно выполняемых процессов при возделывании картофеля должна быть направлена на создание указанных условий развития растений. Именно отсутствие таких условий предопределяет высокую трудоемкость и энергоемкость технологических операций, в том числе непосредственно до 20-30% на сепарацию картофельного вороха при механизированной уборке картофеля. Высокая энергоемкость сепарации почвы при уборке и ее недостаточная эффективность предопределяют одновременно вынос с поля плодородного слоя почвы и повышение затрат ресурсного потенциала.
- Структурная модель подготовки почвы и внесения удобрений, включающая в себя агробиологическую (АБС), механико-технологическую (МТС), техническую (ТС), агротехнологическую (АТС) и энергетическую (ЭС) системы позволяет раскрыть их функциональные связи, позволившие обосновать направления совершенствования технологии возделывания и уборки картофеля, характеризующие эффективность процесса предпосадочной подготовки почвы и внесения удобрений, которое позволяет применять механизированную уборку картофеля.
- Впервые смоделирован процесс взаимодействия рабочего органа с почвенной средой на основе решения задачи методом конечных элементов в системе PATRAN, что позволяет устанавливать зависимости равнодействующей предельного сопротивления на рабочем органе, определить энергетику процесса обработки почвы, величину тягового сопротивления орудия в целом и на стадии проектирования обеспечить разделение и управление потоками мощности энергетического средства, повысить эффективность его использования при возделывании картофеля, обосновать рациональные режимы работы МТА, снизить энергозатраты на выполнение технологических операций и как результат - снизить энергоресурсы на единицу продукции.
- Рациональными конструктивными параметрами и режимами работы грядообразователя фрезерного типа являются: диаметр фрезерного барабана D=0,5 м, подача на нож S=8-15 см, количество ножей, находящихся в одной плоскости. Z=3-4 шт., кинематический параметр = 3-5. Тяговое сопротивление тягово-приводного орудия с шириной захвата 1,4 м при глубине обработки 0,11 м R =3,6-4,5 кН, потребляемая мощность на ВОМ - 25-30 кВт, удельное тяговое сопротивление 2,3-2,9 кН/м, удельный расход топлива 9,0-12,0 кг/га.
Экспериментальные рабочие органы при рабочих скоростях Vп = 2,0-2,2 м/с обеспечивают требуемое качество крошения почвы, коэффициент вариации по выровненности обработанной поверхности не выше 10%. При уборке комбайнами поступление почвенных комков в бункер сокращается на 23-30%.
- Рациональными конструктивными параметрами бесприводного ротационного рабочего органа являются: количество пальцев одной секции Z=12-14 шт., минимальный угол наклона оси вращения секции = 20-25 град., радиус секции барабана - в пределах 0,5 м, диаметра пальца 18 мм.
Тяговое сопротивление орудия с бесприводным ротационным рабочим органом с шириной захвата 2,8 м при установочной глубине обработки 0,20 м составляет R = 20-22 кН, удельное тяговое сопротивление - 3,0-4,0 кН/м, удельный (погектарный) расход топлив q = 8,9-10,4 кг/га.
Значения однородности фракционного состава почвы, соответствующие агротехническим требованиям обеспечиваются при следующих параметрах: угол наклона секции рабочего органа 22<<31о, поступательная скорость агрегата V>1,8 м/с, глубина обработки 0,17<a<0,26 м.
6. Рациональными режимами работы и параметрами вибрационного высевающего устройства для внутрипочвенного внесения удобрений являются: угловая скорость =25-31 с-1; амплитуда колебаний А=3-4 см; угол наклона днища 10-15.
Установлено, что зависимости скорости перемещения материала при изменении частоты колебаний в пределах от 0 до 25-30 с-1 незначительно отличаются от линейной, что подтверждает правильность вывода, полученного при теоретическом анализе работы высевающего устройства. Для экспериментального высевающего устройства коэффициент кинематического режима К имеет min и max значения для одного режима работы в отличие от известных вибрационных устройств. Впервые предложены новый способ и устройство для внутрипочвенного внесения удобрений.
7. Применение экспериментальных рабочих органов при рабочих скоростях Vп = 2,0-2,2 м/с обеспечивает качество крошения почвы 90-95%, коэффициент вариации по выровненности обработанной поверхности не выше 10%. При уборке комбайнами поступление почвенных комков в бункер сокращается на 23-30%.
8. Разработаны рекомендации по применению в производстве результатов исследований по совершенствованию технологии и технических средств для возделывания и уборки картофеля. Результаты исследований внедрены в картофелеводческих хозяйствах Челябинской и Курганской областей. Оценка экономической эффективности показала, что разработанные мероприятия позволяют применять механизированную уборку, снизить количество операций при подготовке почвы и при уходе за посадками картофеля, а это в свою очередь обеспечивает снижение общих затрат труда до 28%, эксплуатационных затрат - до 25%. Дополнительный экономический эффект составляет 8,5 тыс.руб./га. Применение внутрипочвенного способа внесения удобрений дает годовой экономический эффект от предотвращения экологического ущерба в сумме 4,0-6,0 тыс.руб./га.
Результаты исследований и основные положения
диссертации отражены в 76 публикациях, в том числе:
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
1. Дорохов, А. П. Машины для уничтожения вредителей [Текст] / А. Дорохов, Р. Латыпов, А. Арефьев // Сельский механизатор. - 2005. - № 3. - С. 13.
2. Латыпов, Р. М. Обоснование параметров высевающего устройства вибрационного типа [Текст] / Р. М. Латыпов, А. И. Арефьев // Вестник КрасГАУ. - 2006. - № 10. - С. 246-252.
3. Комбинированный агрегат КМПО-2,8 [Текст] / А. Дорохов [и др.] // Сельский механизатор. - 2006. - № 10. - С. 6-7.
4. Результаты тяговых испытаний грядообразователя фрезерного типа [Текст] / А. П. Дорохов [и др.] // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2008. - № 2. - С. 13-16.
5. Плаксин, А. М. Энергетические показатели тягово-приводного агрегата [Текст] / А. М. Плаксин, Р. М. Латыпов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2008. - № 7. - С. 29-30.
6. Капов, С. Н. Повышение эффективности технологических процессов в растениеводстве [Текст] / С. Н. Капов [и др.] // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2009. - № 3. - С. 4-6.
7. Капов, С.Н. Совершенствование технологии предпосадочной обработки почвы и внесения удобрений под картофель [Текст] / С.Н.Капов, М.А. Адуов, Р.М. Латыпов, Р.Р.Латыпов // Вестник КрасГАУ. - 2009. - № 3. - С. 161-167.
8. Латыпов, Р. М. Тяговые характеристики комбинированной машины КМПО-2,8 для предпосадочной обработки почвы под картофель [Текст] / Р. М. Латыпов // Достижения науки и техники АПК. - 2009. - № 6. - С. 59-60.
9. Латыпов, Р. М. Влияние способов предпосадочной обработки почвы на результаты работы картофелеуборочных машин [Текст] / Р. М. Латыпов // Достижения науки и техники АПК. - 2009. - № 9. - С. 65-66.
10. Плаксин, А.М. Энергетическая оценка грядообразователя фрезерного типа [Текст] / А.М.Плаксин, Р.М.Латыпов, Г.П.Ишимов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2009. - № 12. - С. 22-23.
Учебное пособие с грифом УМО:
1. Латыпов, Р. М. Технологии и технические средства для возделывания и уборки картофеля [Текст] : учебное пособие / Латыпов Р. М., Дорохов А. П., Печерцев Н. А. - Челябинск: ЧГАУ, 2008. - 91 с. - с. прил. - Библиогр.: с. 83-84 (17 назв.). - ISBN 978-5-88156-468-1.
Публикации в других изданиях:
1. Латыпов, Р.М. Внутрипочвенное внесение твёрдых органических удобрений при возделывании картофеля [Текст] / Латыпов Р. М. // Вестник Челябинского агроинженерного университета. - Челябинск: Изд-во ЧГАУ, 1994. - Т. 8. - С. 80-81.
2. Дорохов, А. П. Физическая сущность процесса высева сыпучих материалов с использованием вибрационных устройств [Текст] / Дорохов А. П., Печерцев Н. А., Латыпов Р. М. // Вестник Челябинского агроинженерного университета. - Челябинск: Изд-во ЧГАУ, 1995. - Т. 11. - С. 52-58.
3. Леванидов, В. В. Определение кинематических характеристик вибратора [Текст] / Леванидов В. В., Печерцев Н. А., Латыпов Р. М. // Вестник Челябинского агроинженерного университета. - Челябинск: Изд-во ЧГАУ, 1995. - Т. 13. - С. 68-71.
4. Исследование рабочего процесса вибрационного выгрузного устройства [Текст] / А. П. Дорохов [и др.] // Вестник Челябинского агроинженерного университета. - Челябинск: Изд-во ЧГАУ, 1996. - Т. 14. - С. 80-85.
5. Жилкин, В.А. Исследование напряженно-деформированного состояния упругой полуплоскости, взаимодействующей со стержнем круглого поперечного сечения (статья) [Текст] : Жилкин В.А., Латыпов Р.М., Подолько П.М. // Вестник Кокшетауского университета./ Кокшетау 2006. С. 118-130
6. Латыпов, Р. М. Обоснование параметров и режимов работы высевающего устройства машины для внутрипочвенного внесения твёрдых органических удобрений [Текст] : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.20.01 / Латыпов Рафкат Мирхатович ; науч. рук. Дорохов А. П. - Челябинск, 1996. - 21с. : ил. - На правах рукописи.
7. Латыпов, Р. М. Обоснование грядоленточной технологии возделывания картофеля [Текст] /Латыпов Р.М., Мухамадиев Э.Г.// Вестник Челябинского агроинженерного университета. -Челябинск: Изд-во ЧГАУ,1997. -Т. 21.-С.37-42.
8. Латыпов, Р.М. Установка для ускоренного компостирования твёрдых органических удобрений [Текст] /Латыпов Р.М.// Вестник Челябинского агроинженерного университета. -Челябинск: Изд-во ЧГАУ, 1997. - Т. 21. - С. 42-46.
9. Латыпов, Р. М. Комбинированная машина для активной обработки почвы с одновременным формированием гряды под картофель [Текст] / Латыпов Р.М., Печерцев Н. А., Гайнуллин И. А. // Вестник Челябинского агроинженерного университета. - Челябинск: Изд-во ЧГАУ, 1998. - Т. 24. - С. 63-67.
10. Латыпов, Р. М. Совершенствование технологии и технических средств для внесения удобрений [Текст] / Латыпов Р.М. // Челябинскому государственному агроинженерному университету - 70 лет: тез. докл. на XL науч.-техн. конф. / ЧГАУ. - Челябинск, 2001. - С.93-95.
11. Совершенствование технических средств для производства раннего картофеля [Текст] / Дорохов А. П. [и др.] // Материалы XLI научно-технической конференции / ЧГАУ. - Челябинск, 2002. - Ч. 2. - С. 51-53.
12. Дорохов, А. П. Повышение эффективности технологического процесса посадки картофеля [Текст] /Дорохов А.П., Латыпов Р.М. //Материалы XLII научно-технической конференции /ЧГАУ. -Челябинск, 2003. - Ч.2. - С.110-113.
13. Дорохов, А. П. Совершенствование зональных технологий и комплекса машин для предпосадочной обработки почвы и посадки картофеля [Текст] / Дорохов А.П., Латыпов Р.М., Арефьев А.И. // Материалы XLIII научно-технической конференции / ЧГАУ. - Челябинск, 2004. - Ч. 1. - С. 330-334.
14. Дорохов, А. П. Совершенствование технологии и технических средств для предпосадочной подготовки почвы под картофель [Текст] / А. П. Дорохов, Р. М. Латыпов // Вестник Челябинского государственного агроинженерного университета. - Челябинск: Изд-во ЧГАУ, 2004. - Т. 42. - С. 19-23.
15. Латыпов, Р. М. Совершенствование технических средств для возделывания картофеля [Текст] / Латыпов Р. М., Подолько П. М. // Материалы XLIII научно-технической конференции /ЧГАУ.-Челябинск,2004. - Ч. 1. - С. 341-342.
16. Латыпов, Р. М. Предпосадочная подготовка почвы под картофель с одновременной нарезкой гряд [Текст] / Латыпов Р. М., Лежников К. С. // Материалы XLIII научно-технической конференции / ЧГАУ. - Челябинск, 2004. - Ч.1. - С. 340-341.
17. Дорохов, А. П. Совершенствование технических средств для предпосадочной обработки почвы [Текст] / Дорохов А. П., Латыпов Р. М., Лежников К. С. // Материалы XLIV международной научно-технической конференции "Достижения науки - агропромышленному производству" / ЧГАУ. - Челябинск, 2005. - Ч. 2. - С. 7-10.
18. Латыпов, Р. М. Энергетическая оценка механизированных технологий производства картофеля [Текст] / Р. М. Латыпов // Вестник Челябинского государственного агроинженерного университета. - Челябинск: Изд-во ЧГАУ, 2005. - Т. 45. - С. 115-125.
19. Латыпов, Р.М. Машины для предпосадочной обработки почвы под картофель [Текст] / Р.М.Латыпов //Вестник Челябинского государственного агроинженерного университета. -Челябинск: Изд-во ЧГАУ, 2005. -Т.45.- С.126-130.
20. Решение контактных задач в среде MSC.PATRAN-NASTRAN [Текст] / В. А. Жилкин [и др.] // Вестник Челябинского государственного агроинженерного университета. - Челябинск: Изд-во ЧГАУ, 2006. - Т. 48. - С. 55-72.
21. Латыпов, Р. М. Обоснование ширины междурядий при посадке картофеля по грядоленточной технологии [Текст] / Р. М. Латыпов // Достижения науки и техники АПК. - 2006. - № 11. - С. 44.
22. Совершенствование технологии и рабочих органов для предпосадочной обработки почвы под картофель [Текст] / Р. М. Латыпов [и др.] // Достижения науки и техники АПК. - 2006. - № 12. - С.41-42.
23. Латыпов, Р. М. Энергетические параметры тягово-приводного грядообразователя фрезерного типа [Текст] / Латыпов Р. М. // Материалы юбилейной XLV Международной научно-технической конференции "Достижения науки - агропромышленному производству" / ЧГАУ.-Челябинск, 2006. -Ч.2.-С.145-148.
24. Латыпов, Р. М. Оценка энергетической эффективности комбинированной машины для предпосадочной подготовки почвы под картофель [Текст] / Р. М. Латыпов, П. М. Подолько, А. И. Арефьев // Вестник Челябинского государственного агроинженерного университета. - Челябинск: Изд-во ЧГАУ, 2006. - Т. 47. - С. 70-72.
25. Гайнуллин, И.А. Применение скоростных комбинированных агрегатов третьего поколения для повышения эффективности сельскохозяйственного производства [Текст] /И.А.Гайнуллин, Р.М.Латыпов //Доклады ТСХА / Рос. гос. аграр. ун-т -МСХА им.Тимирязева. -М.,2007. - Вып. 279, ч. 1. - С.414-417.
26. Латыпов, Р.М. Моделирование показателей силовой характеристики грядообразователя фрезерного типа [Текст] /Латыпов Р.М. // Материалы XLVI международной научно-технической конференции "Достижения науки - агропромышленному производству" / ЧГАУ. - Челябинск, 2007. - Ч. 2. - С. 17-20.
27. Огнев, И. Г. Оценка эффективности способов предпосадочной обработки почвы под картофель в условиях Южного Урала [Текст] / И. Г. Огнев, Р.М. Латыпов // Известия Международной академии аграрного образования / Международная академия аграрного образования; Санкт-Петербургское региональное отделение МААО; Санкт-Петербургская региональная организация инженеров сельского хозяйства. - СПб, 2007. - Вып. 4. Системное моделирование процессов агропромышленного комплекса. - С. 76-78.
28. Латыпов, Р. М. Технологии и технические средства для возделывания и уборки картофеля [Текст] : учебное пособие / Латыпов Р. М., Дорохов А. П., Печерцев Н. А. - Челябинск: ЧГАУ, 2007. - 86 с. - ил. - Библиогр.: с. 83-84 (17 назв.). - ISBN 978-5-88156-430-8.
29. Плаксин, А. М. Энергетические показатели почвообрабатывающего агрегата фрезерного типа [Текст] / Плаксин А. М., Латыпов Р. М. // Материалы XLVII международной научно-технической конференции "Достижения науки - агропромышленному производству", посвящённой 100-летию со дня рождения И. Е. Ульмана / ЧГАУ. - Челябинск, 2008. - Ч. 2. - С. 55-60.
30. Латыпов, Р.М. Структурный анализ технологии возделывания картофеля [Текст] / Р.М. Латыпов // Вестник Челябинского государственного агроинженерного университета. - Челябинск: Изд-во ЧГАУ, 2009. - Т. 54. - С. 32-37.
Патенты на изобретения, полезные модели, свидетельства
На программные продукты для ЭВМ:
- Патент на изобретение 235109 РФ, АО1В 49/06. Способ внесения удобрений и устройство для его осуществления [Текст] / Латыпов Р.М., Арефьев А.И., Дорохов А.П., Печерцев Н.А.: заявитель и патентообладатель Челябинский ГАУ. - №2007139968/12. Заявлено 29.10.2007. Опубл.10.04.2009. Бюлл.№10.
- Патент на полезную модель 81409 РФ, АО1 В 39/12. Устройство для формирования гряд [Текст] / Латыпов Р.М., Латыпов Р.Р., Печерцев Н.А., Арефьев А.И.: заявитель и патентообладатель Челябинский ГАУ. - №2008144380/22. Заявлено 10.11.2008. Опубл.20.03.2009. Бюлл.№8.
- Патент на полезную модель 87067 РФ, АО1 С 9/02. Устройство для посадки картофеля [Текст] / Латыпов Р.М., Капов С.Н., Латыпов Р.Р., Раупова Р.Н.: заявитель и патентообладатель Челябинский ГАУ. - №2009120355/22. Заявлено 28.05.2009. Опубл.27.09.2009. Бюлл. №27.
- Патент на полезную модель 85290 РФ, АО1В 37/00. Следорыхлитель [Текст] / Плаксин А.М., Латыпов Р.М., Латыпов Р.Р., Подолько П.М., Арефьев А.И.: заявитель и патентообладатель Челябинский ГАУ. - №2008145729/22. Заявлено 19.11.2008. Опубл.10.08.2009. Бюлл.№22.
- Патент на полезную модель 85297 РФ, АО1С 9/02. Устройство для посадки картофеля [Текст] / Латыпов Р.М., Капов С.Н., Латыпов Р.Р., Арефьев А.И.: заявитель и патентообладатель Челябинский ГАУ. - №2008145728/22. Заявлено 19.11.2008. Опубл.10.08.2009. Бюлл.№22.
- Патент на полезную модель 89323, РФ А01С3/06 Вибрационное высевающее устройство [Текст] / Жилкин В.А., Латыпов Р.М., Латыпов Р.Р.: заявитель и патентообладатель Челябинский ГАУ. - №2008147735/22. Заявлено 08.04.2009. Опубл.08.04.2009.
- Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2008615874 РФ Комплектование машинно-тракторных агрегатов для выполнения полевых работ [Текст] / Латыпов Р.М., Мухамадиев Э.Г.: заявитель и патентообладатель Челябинский ГАУ. - №2008614739. Заявлено 20.10.2008. Опубл.09.12.2009.
- Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2008615873 РФ Сервис машинно-тракторного парка в сельском хозяйстве [Текст] / Латыпов Р.М., Мухамадиев Э.Г.: заявитель и патентообладатель Челябинский ГАУ. - №2008614738. Заявлено 20.10.2008. Опубл. 09.12.2009.
- Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2009615317 РФ Расчет затрат при проведении технического обслуживания и ремонта тракторов [Текст] / Латыпов Р.М., Мухамадиев Э.Г., Латыпов Р.Р., Ишимов Г.П., Подолько П.М.: заявитель и патентообладатель Челябинский ГАУ. - №2009610592. Заявлено 18.02.2009. Опубл.24.09.2009.
10. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 23456 РФ Определение производительности машинно-тракторных агрегатов на выполнении полевых работ [Текст] / Латыпов Р.М., Мухамадиев Э.Г., Латыпов Р.Р., Ишимов Г.П.: заявитель и патентообладатель Челябинский ГАУ. - №2009610593. Заявлено 18.02.2009. Опубл.10.09.2009.
Подписано в печать 18.06.2010 г.
Формат А5. Объем 2,0 уч.-изд. л.
Тираж 100 экз. Заказ №
УОП ЧГАА
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по разное