CC BY
44
УДК 633.631.171
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МАЛОГАБАРИТНОЙ КАРТОФЕЛЕСАЖАЛКИ
О. Н. Кухарев, доктор техн. наук, профессор; Н. П. Ларюшин, доктор техн. наук, профессор; Г. Е. Гришин, доктор с.-х. наук, профессор; С. Н. Федянин, аспирант
ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», т. (841-2) 62-85-17, е-таіі: [email protected]
Предлагается конструкция малогабаритной картофелесажалки для мелкотоварных хозяйств, описывается технологический процесс её работы. Приводятся результаты исследований малогабаритной картофелесажалки в производственных условиях по определению равномерности распределения картофеля в рядке.
Ключевые слова: мелкотоварное хозяйство, картофель, эффективность, картофелесажалка, точность посадки.
Картофель - важнейшая продовольственная культура. В клубнях картофеля содержится в среднем от 14 до 22 % крахмала, 2-3 % белка. Спирт из картофеля используется в фармацевтической, парфюмерной и ликероводочной промышленности, крахмал - в кондитерском, текстильном и колбасном производствах. Велико значение картофеля как кормового растения. В 1 кг картофеля содержится 0,3 корм. ед. На корм скоту используют и отходы промышленного производства: мезгу (крах-
мальное производство) и барду (спиртовое производство) [1-3].
На сегодняшний момент более 90 % картофеля в нашей стране производится в мелкотоварных (личных подсобных и крестьянских (фермерских)) хозяйствах с посадочными площадями менее 2 га. При этом уровень механизации работ в этих хозяйствах низкий, а затраты труда при посадке картофеля высокие [4].
В общем комплексе механизации работ по возделыванию картофеля в личных под-
Рис. 1. Схема малогабаритной картофелесажалки:
1 - бункер; 2 - ложечка; 3 - цепь; 4 - сбрасывающее устройство;5 - кожух; 6 - рама; 7 - опорноприводное колесо; 8 - диск заделывающий; 9 - рычаг перевода в транспортное положение
78 Технические науки
собных хозяйствах механизация посадки имеет важное значение, так как от этой операции зависит весь комплекс последующих работ. В связи с этим создание малогабаритных машин для посадки картофеля, работающих с соблюдением агротехнических требований, является актуальной задачей. Применение средств малой механизации (мотоблоков с набором орудий) в личных подсобных хозяйствах обусловлено их небольшими размерами и мелкоконтурными участками [5-9].
Для посадки картофеля в личных подсобных хозяйствах в ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» совместно с ООО «КЗТМ» г. Кузнецка разработана и изготовлена малогабаритная сажалка элеваторного типа, агрегатируемая с мотоблоками среднего и тяжелого типа как отечественного (МБ, НЕВА, Салют, Урал и т. д.), так и импортного производства (рис. 1) [4, 10].
Предлагаемое устройство для посадки картофеля работает следующим образом. При перемещении картофелесажалки через опорно-приводные колеса 7 с помощью цепи 3 в движение приводится высаживающий аппарат с ложечками 2, изготовленными по размерам и форме семенного картофеля [11]. Клубни из бункера 1 захватываются ложечками 2 высаживающего аппарата, закрепленными на цепи 3. При дальнейшем перемещении клубни попадают под воздействие сбрасывающего устройства 4, которое сбрасывает «лишние» клубни обратно в бункер, оставляя по одному семени в ложечке. Затем клубни попадают под кожух 5, под которым они перемещаются до его нижнего отверстия, располагаясь при этом на обратной стороне ложечек 2, после чего падают в борозду, подготовленную сошником. Заделка почвой посадочного материала производится при помощи специальных дисков 8, которые образуют предварительный гребень.
При повороте и транспортировании на небольшие расстояния предусмотрено транспортное положение малогабаритной картофелесажалки, в которое она переводится с помощью рычага 9.
Норму посадки можно изменять перестановкой ложечек 2 высаживающего аппарата.
В ходе экспериментальных исследований воспроизводился технологический процесс посадки картофеля малогабаритной картофелесажалкой, исследовались закономерности, условия и режимы её работы, результатом чего стало определение оптимальных конструктивных и кинематических параметров данного устройства.
Методика экспериментальных исследований была разработана на основе методики испытаний машин для посадки, приведённой в ГОСТ 208306-89, ГОСТ 287082001 и СТО АИСТ 5.6-2010 [12, 13, 14]. Критерием оценки работы являлась равномерность распределения картофеля в рядке.
Функциональные показатели определяли на участках, соответствующих требованиям инструкции по эксплуатации в конкретных условиях. Для функционального испытания выделяли на испытательных площадках измерительные участки длиной 100 расстояний между клубнями в ряду.
Обработка полученных результатов проводилась с помощью компьютерных программ Statistica 6.0 и Excel.
Машина подходила к измерительному участку на номинальной рабочей скорости, с бункером, наполненным не менее чем на
0,5 объема максимальной вместимости. Малогабаритная картофелесажалка была отрегулирована на установочное расстояние посадки, т. е. соответственно плотности посадки 50000 шт. ± 10 % клубней на гектаре. Для каждой скорости делали один проход (на ровном участке) или два прохода (прямо и обратно на участке со склоном).
Вместимость бункера определяли путем непосредственного измерения объема посадочного материала.
Номинальную рабочую скорость измеряли после стабилизации требуемого режима. При измерении не допускаются потеря управляемости, нарушения технологического процесса и условия безопасной работы обслуживающего персонала, ухудшение качества работы.
Максимальная скорость малогабаритной картофелесажалки согласно ГОСТ 287082001 [12] не превышала 4 км/ч. Скорость движения элеваторного высаживающего аппарата равнялась скорости движения малогабаритной картофелесажалки (Х=1).
Функциональные показатели определяли с применением калиброванного посадочного материала, относящегося к одной группе по размеру. Разрезанные клубни не применяли согласно ГОСТ 208306-89 [13]. Для определения повреждения клубней машиной используют неповрежденный посадочный материал.
Расстояние между клубнями в ряду в метрах (сантиметрах) определяли на измерительном отрезке путем измерения расстояний между центрами смежных клубней на продольной оси ряда (бороздозакрыва-тель не работает). Среднее фактическое
Нива Поволжья № 1 (22) февраль 2012 79
расстояние между клубнями в ряду в метрах (сантиметрах) определяли как среднее арифметическое 100 расстояний между клубнями в ряду.
Для каждого рабочего режима измеряли всего не менее 800 расстояний между клубнями. Для выражения фактического расстояния между клубнями в качестве дополнительного значения использовали коэффициент вариации.
Перед учетом распределения картофеля рядки тщательно осматривали: присыпанные картофелины осторожно открывали, удаляли из бороздки крупные комки, разравнивали поверхность почвы в рядке для получения более равномерного натяжения ленты рулетки.
Последовательным вычитанием устанавливали фактическое расстояние между картофелем. Классовый промежуток 5 см. При этом подсчитывали среднее расстояние, среднеквадратическое отклонение, коэффициент вариации, количество случаев с определенным интервалом (0...5, 5...10 см и т. п.) в процентах от общего количества измерений. По данным количества случаев с определенными интервалами строили график равномерности раскладки картофеля в рядке. Результаты обрабатывали методами математической статистики. Измеренные значения округляли до целого числа.
При обработке данных исследований подсчитывали количество одиночных картофелин, двойников и пропусков в процентах от общего числа измерений. По данным фактического расстояния между цен-
трами картофеля определяли равномерность раскладки картофеля в рядке (среднее ±0,2 от среднего).
Равномерность распределения клубней (Я) в процентах определяли по формуле
Я=--100, п
(1)
где ( - число высаженных клубней, фактическое расстояние между которыми составляет от 0,8 до 1,2 установочного расстояния между клубнями в ряду (среднее ±0,2 от среднего);
п - общее число клубней, высаженных на измерительном участке с установочным расстоянием между клубнями в ряду А.
Долю пропусков (М) в процентах определяли по формуле
(2)
где ] - число пропусков.
Долю двойников (Б) в процентах определяли по формуле
к
Б=—100,
(3)
где к - число двойников.
Погрешность посадки (К) в процентах определяли по формуле
К=^+к-100.
(4)
Повреждение клубней в процентах определяли на 100 клубнях, высаженных в каждом ряду. Высаженные клубни класси-
О4
Он'
Л
Н
О
м
ё
о
о
о
И
Расстояние между картофелинами Ь в рядке, см
Рис. 2. Вероятностные кривые распределения картофеля в рядке в зависимости от скорости движения малогабаритной картофелесажалки
80 Технические науки
й
о
о
С
л
н
о
В
В
<и
а
и
О
С
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
Скорость движения малогабаритной картофелесажалки V, км/ч
Рис. 3. Зависимость погрешности посадки от скорости движения малогабаритной картофелесажалки
4,0
фицировали по мере повреждения на следующие группы:
1) без повреждений;
2) легкое повреждение (глубина повреждения до 1,7 мм);
3) среднее повреждение (глубина повреждения от 1,7 до 5 мм);
4) сильное повреждение (глубина повреждения более 5 мм).
Результатом является доля клубней по отдельным группам от общего числа высаженных клубней в процентах.
По результатам обработки опытных данных строили вероятностные кривые распределения картофеля вдоль рядка в за-
висимости от скорости высаживающего аппарата элеваторного типа и (рис. 2), а также пути, проходимого ложечкой высаживающего аппарата под слоем картофеля £ (величина заполнения камеры) (рис. 4).
Анализируя кривые на рис. 2, можно сделать заключение, что в диапазоне движения малогабаритной картофелесажалки от 1 до 4 км/ч количество нормальных интервалов (М± 0,2М) уменьшается с 87 % до 74 %. При этом коэффициент вариации V изменяется от 18,26 до 23,16 %, среднее значение возрастает с 23,95 до 24,55 см, среднеквадратичное отклонение ст - с 4,37 до 5,69 см. Доля двойников уменьшается с
Рис. 4. Вероятностные кривые распределения картофеля в рядке в зависимости от пути проходимого высаживающим аппаратом элеваторного типа под слоем картофеля Б (величина камеры заполнения)
Нива Поволжья № 1 (22) февраль 2012 81
СЗ
О
8
£
о
о
*
В
<и
&
о
С
40 60 80 100 120 140 160
Слой картофеля в бункере 8, мм
180
200
Рис. 5. Зависимость погрешности посадки от пути, проходимого ложечками высаживающего аппарата под слоем картофеля Б (величина заполнения камеры)
2 до 0 %, количество пропусков возрастает с 2 до 12 %. Количество легко поврежденных картофелин изменяется в пределах
1.5...5.6 %, сильные повреждения отсутствуют. Погрешность посадки К (рис. 3) возрастает с 3 до 12 % в зависимости от скорости движения картофелесажалки.
Из рис. 2 и 3 также видно, что оптимальной скоростью движения малогабаритной картофелесажалки будет и =1 км/ч, при которой количество нормальных интервалов М± 0,2М равно 87 %, при этом до скорости 4 км/ч машина работает с соблюдением агротехнических требований по точности раскладки картофеля.
Из графиков на рис. 4 видно, что величина камеры заполнения для посадки картофеля должна быть от 150 до 200 мм, при уменьшении камеры заполнения вероятность посадки картофеля в нужный интервал резко падает с 74 % до 58 %, а количество пропусков возрастает с 12 до 21 %. Это связано с тем, что уменьшается количество встреч картофеля с ложечками. Коэффициент вариации (V изменяется от 23,24 до 24,63 % среднее значение возрастает с 24,5 до 25,3 см, среднеквадратичное отклонение ст - с 5,7 до 6,2 см. Двойники отсутствуют. Количество легких повреждений картофеля изменяется в пределах
3.4...5.6 %, сильные повреждения отсутствуют. Погрешность посадки К (рис. 5) возрастает с 12 до 21 % в зависимости от пути, проходимого ложечками высаживающего аппарата под слоем картофеля £ (величины заполнения камеры).
Проведенные исследование показали, что малогабаритная картофелесажалка ра-
ботает с соблюдением агротехнических требований на скорости до 4 км/ч.
Производительность труда при посадке картофеля - до 0,15 га/ч чистого времени [15, 16]. Применение малогабаритной картофелесажалки в личных подсобных хозяйствах позволит повысить производительность труда до 2,5 раз.
Литература
1. Сортовые ресурсы и передовой опыт производства картофеля / Е. А Симаков, Б. В. Анисимов. А. В. Коршунов и др. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2005. - 348 с.
2. Постников, Н. М. Картофелепосадочные машины / Н. М. Постников, Е. А. Беляев, М. И. Кан. - 3-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1981. - 229 с., ил.
3. Коротнев, В. Д. Сельское хозяйство и аграрная наука в Пензенском крае: (монография) / В. Д. Коротнев, Г. Е. Гришин,
A. И. Чирков. - Пенза: РИО ПГСХА, 2008. -220 с.
4. Кухарев, О. Н. Малогабаритная картофелесажалка для личных подсобных хозяйств / О. Н. Кухарев, С. Н. Федянин // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сборник статей научнопрактической конференции МНИЦ ПГСХА.
- Пенза: РИО ПГСХА, 2010. - С. 149-150.
5. Сельскохозяйственная техника. Кат. Т. 1 «Техника для растениеводства» /
B. Ф. Федоренко, Д. С. Буклагин, Н. П. Ми-шуров и др. - М.: ФГНУ «Росинформагро-тех», 2005. - 292 с.
6. Сельскохозяйственная техника. Кат. Т. 2 «Техника для растениеводства» /
В. Ф. Федоренко, Д. С. Буклагин, Н. П. Ми-
82 Технические науки
шуров и др. - М.: ФГНУ «Росинформагро-тех», 2007. - 288 с.
7 Комплекс машин для производства лука. Теория, конструкция, расчет / Н. П. Ла-рюшин, А. В. Поликанов, О. Н. Кухарев,
A. М. Ларюшин и др. - М.: Информагротех, 2005. - 248 с., ил.
8 Ларюшин, Н. П. Цепочно-ложечная сажалка для лука-матки / Н. П. Ларюшин,
0. Н. Кухарев // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2004. - № 2. -
С. 24-26.
9 Бочкарев, В. С. Обзор средств малой механизации для посадки картофеля /
B. С. Бочкарев, С. Н. Федянин // Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса России: сборник материалов НПК. Том 1. - Пенза: РИО ПГСХА, 2010. - С. 152-153.
10 Федянин, С. Н. Лабораторные исследования малогабаритной картофелесажалки / С. Н. Федянин // Инновационные идеи молодых исследователей для АПК России: сборник материалов Всероссийской НПК. - Пенза: РИО ПГСХА, 2011. - Т.
1. - С. 294-296.
11 Кухарев, О. Н. Физико-механические свойства картофеля / О. Н. Кухарев, С. Н. Фе-
дянин, В. С. Бочкарев // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сборник статей научно-практической конференции. - Пенза: РИО ПГСХА, 2010.
- С. 145-146.
12 ГОСТ 28708-2001. Средства малой механизации сельскохозяйственных работ. Требования безопасности. - Минск: ИПК «Изд-во стандартов», 2003. - 9с.
13 ГОСТ 28306-89. Машины для посадки картофеля. Методы испытаний. - М.: ФГУП «Стандартинформ», 2006. - 10 с.
14. СТО АИСТ 5.6-2010 Испытания сельскохозяйственной техники. Машины посевные и посадочные. Показатели назначения. Общие требования - М.: ФГНУ «РосНИИ-ТиМ», 2010. - 22 с.
15. Эффективность применения комплекса машин для производства картофеля в мелкотоварных хозяйствах / Н. П. Ла-рюшин, О. Н. Кухарев, В. С. Бочкарев и др. // Нива Поволжья. - 2011. - № 4 (21). -
С. 97-101.
16. Экономическая оценка технологий производства сельскохозяйственных культур (на примере производства лука-севка) / Н. П. Ларюшин, К. З. Кухмазов, А. В. Поликанов, О. Н. Кухарев. - Пенза, 2001. - 37 с.
Нива Поволжья № 1 (22) февраль 2012 83
