Изыскание перспективных способов снижения повреждений клубней при машинной уборке картофеля Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

11

Научный журнал КубГАУ, №105(01), 2015 года

УДК 633.49

05.00.00 Технические науки

ИЗЫСКАНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ СПОСОБОВ СНИЖЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ КЛУБНЕЙ ПРИ МАШИННОЙ УБОРКЕ КАРТОФЕЛЯ

Голиков Алексей Анатольевич к.т.н.

РИНЦ 8РШ-код=8540-7098

Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева, Рязань, Россия

Верещагин Николай Иванович

д.т.н., профессор

РИНЦ 8РШ-код=4632-6757

Российский государственный аграрный университет — МСХА имени К.А. Тимирязева, 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

UDC 633.49

05.00.00 Technical sciences

INVESTIGATION OF ADVANCED MEANS TO REDUCE THE DAMAGE OF TUBERS WHILE POTATO MACHINE HARVESTING

Gоlikоv Alexey Anatolevich Cand.Tech.Sci.

RSCI SPIN-code=8540-7098

Ryazan State А§^єскпоїо§ісаІ University named after

P.A. Kоstychev, Ryazan, Russia

Vereshchagin Nikolai Ivanovich Dr.Sci.Tech., professor RSCI SPIN- code =4632-6757

Russian State Agrarian University - Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazev, Moscow, Russia

The most labor- and energy-intensive part of potato machine production technology is harvesting which is done mainly with harvesters. Modern potato harvesters meet the required efficiency data in favorable conditions. In erroneous conditions (primarily characterized by high or low soil moisture) the efficiency of separating the tubers from impurities is reduced, and the loss and damage of the products increase. This situation is due to the imperfection of the separation device of potato harvesters. Up to 1000 tons of soil per 1 ha is separated at the separation device in the process of harvesting. As a result, the potato harvesters capacity on the whole is determined by their separators output. Nowadays, rod elevators are most widespread and used. One of the main drawbacks is the significant increase of tubers damage in a case of low soil moisture mainly caused by the contact of the tubers pile with the side frames of the harvesting machine. From the above reasoning, one can confirm that the increase of capacity and functioning quality of potato harvesters’ separation devices is an urgent scientific-and-technical task of agriculture

Keywords: POTATOES, SEPARATOR, TUBER, POTATO HARVESTER, DAMAGES, PERFORMANCE

машины в общем виде представляют

http://ej.kubagro.ru/2015/01/pdf/019.pdf

11

Научный журнал КубГАУ, №105(01), 2015 года

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 90 %90 0/с^ 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

http://ej.kubagro.ru/2015/01/pdf/019.pdf

11

Научный журнал КубГАУ, №105(01), 2015 года

проведенных анализа существующих аналогов и теоретических исследований, был разработан и запатентован [9] рабочий орган сепарации картофелеуборочных машин, представленный на рисунке 2.

1 - клубни; 2 - почвенные комки; 3 - боковины картофелеуборочных машин.

Рисунок 1 - Условный профиль клубненосного вороха на различных этапах сепарации

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

http://ej.kubagro.ru/2015/01/pdf/019.pdf

11

Научный журнал КубГАУ, №105(01), 2015 года

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

http://ej.kubagro.ru/2015/01/pdf/019.pdf

11

Научный журнал КубГАУ, №105(01), 2015 года

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 0.9 9717о.99717) и средняя ошибка аппроксимации минимальна (1-416841.416841.41684).

Окончательно полученное уравнение регрессии выглядит следующим образом:

у = е

1.766-0.174x1-0.182x2+0.044x3+0.339x4

где xixi Х1 - площадь основания упругого элемента, cmzcmz-

- высота упругого элемента, ммм;

- урожайность картофеля, т/гат/гат/га;

- скорость движения экспериментальной установки, км/ч км/ч.

В ходе выполнения лабораторно-полевых исследований было установлено, что для достижения наиболее значительного технологического эффекта, а именно

http://ej.kubagro.ru/2015/01/pdf/019.pdf

11

Научный журнал КубГАУ, №105(01), 2015 года

максимального снижения повреждений клубней, необходимо использовать упругие элементы трапециевидной формы, имеющие ВЫСОТу^эл = 6 СМ Нэл = 6 СМ Нэл=6 см

и площадь основания S0CH = 5.94cm1 2S0CH = 5.94 см2§осн=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%30-27 %

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.

http://ej.kubagro.ru/2015/01/pdf/019.pdf

11

Научный журнал КубГАУ, №105(01), 2015 года

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

П = z1 ■ Ф

тобщ k (в )

m2--------£ p(b,)

ткл i=1

( N - Nd.j л К No., )

тобщ k

■£ p(B,)

ткл i=1

( N. - N д ■ Л ( k ( N. - N 0 .

І 0.1 1 ^ /73 \ i d.i

К N0.i )

1 -£ р(Вг)

i=1

A

К N d.i )

))

+ Z1 ■Ф

тобщ k (B )

m1--------£ p(b,)

ткл i=1

( Ni - N дл ^ К N o.i )

1

тобщ k .(N - N 0i Л (. k .(N, - N0i ЛЛ

ткл i=1

£ p(b, )

'i v d.i

К N d.i )

1-£ p(b, )

i=1

v d.i

К N d.i ))

+ Z-

2

( ( 3B

v ■ B ■ n

y маш ^ ,lгр

Sd * —эл v эл * Вэл

—— I (sin 2 X + 1)dx ■ So 2 в B 0

У ■ So

+ к2 ■

УА

p

))

0.8

+ z3 ■ I

1-6 1-J

рпр 'vмаш ■ к1 ■ B ■ пгр Тл , л /і ; ч

—--------S------------упр -1 ■ О ■ вэл • (1-6)

Sd

рпр v маш ' к1 ■ B ■ пгр

so

V,

пр

dc

где тітіші - нижняя граница повреждений клубней; т2 т2 тг - верхняя граница повреждений клубней; т°бщт°бщ товщ _ исследуемое количество клубней,

ТСГКГ ТП ГГ г тег тег W, W,

кг ; шклшкл - условно принятая масса клубня, кг ; “У41 -

N -N ■

действующее значение нагрузки на клубень, Н; Ді1 Ді1

допустимое значение

н н

нагрузки /-го диапазона, Н; гр гр

высота грядки, м; 1111 - количество

исследуемых клубней, шт;

ширина грядки, м

мм. рСВ^рСВі)

+

4

+

http://ej.kubagro.ru/2015/01/pdf/019.pdf

11

Научный журнал КубГАУ, №105(01), 2015 года

УУ

вероятность появления клубня /-го диапазона; У - урожайность картофеля, кг/м2

кг/м кг/м • ррр _ удельный вес клубней, кг/мзКГ/м кг/м ; ^д^дУ _

площадь

h

учетной делянки, м2; маш маш маш - скорость картофелеуборочной машины, м/с

м/см/с.

коэффициент изменения объема примесей;

к2 ^2К2~ .

nm nr

коэффициент изменения объема клубней; ф ф - количество убираемых рядков;^эл^зл vэл - линейная скорость усовершенствованного элеватора, м/см^с

м/с. ВЗЛВЭЛ£ЭЛ _

расстояние между рядами упругих элементов (активная ширина

11 V V v

сепаратора), м; /- длина элеватора, м; пр пр пр - объем примесей в исследуемом ворохе, м3; zizi zi Z2Z2 z2 Z3Z3 2з _ коэффициенты значимости факторов; ^эл^эл -

м ^ А А А ,

высота упругого элемента, мм; ^пр^пр - удельный вес примесей, кг/м кг/м • в -ширина грядки, ммм.

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.

http://ej.kubagro.ru/2015/01/pdf/019.pdf

11

Научный журнал КубГАУ, №105(01), 2015 года

Таблица 1 Результаты хозяйственных испытаний картофелеуборочных машин

Агротехнические и

№ п/п Показатели работы эксплуатационные показатели картофелеуборочных машин

серийная усовершенст-вов

модель анная модель

1 р. г км/ч км/ч Рабочая скорость машины, ’ 4.1 4.4

2 ГГ СМ СМ 1 лубина хода лемеха, 20 20

3 ттт ММ Ширина захвата, 1.5 1.5

4 Сорт картофеля «Сантэ»

5 Средняя годовая наработка машины, га га 40 40

1 ч 1 ч гэ га Производительность за , :

6 га/чга/ч - основного времени, 0.58 0.62

га/чга/ч - сменного времени, ’ 0.34 0.37

7 94 94 Потери клубней (от общей массы), : 1.9 1.9

- оставлено на поверхности 1.6 1.5

- оставлено в почве 0.3 0.4

Продолжение таблицы 1

8 94 94 Повреждения клубней, всего по массе, 8.6 5.1

Чистота картофельного вороха (по массе), ^ ^:

9 - клубни 92.8 92.4

- почвенные комки 4.1 4.7

- почва на клубнях 2.4 2.3

http://ej.kubagro.ru/2015/01/pdf/019.pdf

11

Научный журнал КубГАУ, №105(01), 2015 года

- камни 0.4 0.4

- растительные примеси 0.3 0.2

Полевые испытания усовершенствованной картофелеуборочной машины подтвердили эффективность использования разработанного рабочего органа сепарации (в сравнении с серийной моделью повреждения клубней снизились с

8 6 °/г8 6 °/г 5 1 %5 1 тт г

/L /L до /L /L). При этом были созданы предпосылки к повышению

4.14.1 п 4.4 км/ч4.4 км/ч

эксплуатационной скорости машины с до ' ' , а следовательно

увеличению производительности с 0-340.34 д0 0.37 га/ч0.37 га/ч 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://ei.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 А0Ш17/10. 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.

http://ej.kubagro.ru/2015/01/pdf/019.pdf

11

Научный журнал КубГАУ, №105(01), 2015 года

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.

References

1. Osnovnye tendencii razvitija vysokoproizvoditel'noj tehniki dlja kartofelevodstva / N.N. Kolchin [i dr.] // Traktory i sel'hozmashiny. - 2012. - S. 46-51.

2. Principy i metody rascheta i proektirovanija rabochih organov kartofeleuborochnyh mashin: uchebnoe posobie / N.V. Byshov, I.A. Uspenskij, A.A. Sorokin [i dr.]. - Rjazan': Izd-vo FGBOU VPO RGATU, 2005. -282 s.

3. Golikov, A.A. Perspektivnye napravlenija razvitija separirujushhih ustrojstv

korneklubneuborochnyh mashin / A.A. Golikov // Vestnik Rjazanskogo gosudarstvennogo agrotehnologicheskogo universiteta im. P.A. Kostycheva. - 2013. - № 20. - S. 103-105.

4. Golikov A.A. Sovershenstvovanie tehnologicheskogo processa i rabochego organa separacii kartofeleuborochnyh mashin: dis. ... kand. tehn. nauk: 05.20.01 / A.A. Golikov. - Rjazan', 2014. - 138 s.

5. Povyshenie jekspluatacionno-tehnologicheskih pokazatelej transportnoj i special'noj tehniki na uborke kartofelja [Jelektronnyj resurs] / G.K. Rembalovich [i dr.] // Politematicheskij setevoj jelektronnyj nauchnyj zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2013. - №88. - S. 509 - 518. -Rezhim dostupa: http://ej.kubagro.ru/2013/04/pdf/34.pdf.

6. Uspenskij, I.A. Osnovy sovershenstvovanija tehnologicheskogo processa i snizhenija

jenergozatrat kartofeleuborochnyh mashin: avtoref. dis. ... dokt. tehn. nauk: 05.20.01 / I.A. Uspenskij. -M., 1997. - 36 s.

7. Innovacionnye reshenija uborochno-transportnyh tehnologicheskih processov i tehnicheskih sredstv v kartofelevodstve / G.K. Rembalovich [i dr.] // Sel'skohozjajstvennye mashiny i tehnologii. -

2013. №1. - S. 23-25.

8. Pat. 2464765 Rossijskaja Federacija, MPK A01D17/10. Separirujushhee ustrojstvo

korneklubneuborochnoj mashiny / Rembalovich G.K. [i dr.]; patentoobladatel' FGBOU VPO RGATU. -№ 2011105634/02; zajavl. 15.02.2011; opubl. 27.10.2012, bjul. № 30.

9. Pat. 129345 Rossijskaja Federacija, MPK A01D17/00. Separirujushhee ustrojstvo

korneklubneuborochnoj mashiny / Rembalovich G.K. [i dr.]; patentoobladatel' FGBOU VPO RGATU. -№2012133070/13; zajavl. 01.08.2012; opubl. 27.06.2013, bjul. №18.

10. Matematicheskaja model' verojatnostnoj ocenki nastuplenija tehnologicheskogo otkaza kartofeleuborochnoj mashiny [Jelektronnyj resurs] / A.A. Golikov [i dr.] // Politematicheskij setevoj jelektronnyj nauchnyj zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2014. - №99. - S. 189 - 200. - Rezhim dostupa: http://ej.kubagro.ru/2014/05/pdf/11.pdf.

http://ej.kubagro.ru/2015/01/pdf/019.pdf