Состояние вопроса. Цель и задачи исследования

Реферат

Диссертация изложена на страницах, содержит таблиц, иллюстрации, приложение. Список использованной литературы включает наименований, в т.ч. на иностранном языке.

Ключевые слова: уборка, дообрезка, головка корнеплода, сахарная свекла, гребенчатый копир, качество среза, вероятность, урожайность.

На основе анализа существующих способов и технических средств для уборки ботвы и дообрезки ботвы с головок корнеплодов сахарной свеклы в диссертации обоснована необходимость изыскания направлений механизации процесса дообрезки ботвы с головок корнеплодов сахарной свеклы. Предложен дообрезчик с гребенчатым копиром, конструкция которого позволяет в процессе работы копировать головки корнеплодов в продольном и поперечном направлениях, тем самым обеспечивать качество среза ботвы в соответствии с агротехническими требованиями.

Изучены состояние посевов и агрофизические свойства сахарной свеклы, теоретически обоснованы конструктивно-режимные параметры гребенчатого копира дообрезчика свеклоуборочного комбайна, приведены основные методические положения и приемы, применяемые в исследованиях, даны результаты лабораторных и лабораторно-полевых исследований по выбору оптимальных параметров предлагаемого дообрезчика.

Проведен расчет технико-экономических показателей, которые свидетельствуют о значительном экономическом эффекте от применения предлагаемого дообрезчика с гребенчатым копиром для копирования головок корнеплодов в продольном и поперечном направлениях.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 6

1 Состояние вопроса. Цель и задачи исследования 10

1.1 Механизированные способы уборки сахарной свеклы 10

1.2.1 Аналитический обзор средств механизированной уборки сахарной свеклы Пассивные ботвосрезающие механизмы 21

1.2.2 Активные ботвосрезающие механизмы 25

1.2.3 Комбинированные ботвосрезающие механизмы 32

Выводы по главе 38

1.4 Цель и задачи исследования 39

2Состояние посевов и физико-механические свойства сахарной
свеклы 40

2.1 Характеристика культуры 41

2.2 Условия проведения опытов 43

2.3 Методика проведения и результаты исследования 44

2.3.1. Состояние посевов сахарной свеклы 44

2.3.2. Размерно-массовая характеристика сахарной свеклы 50

2.3.3 Фрикционные свойства корнеплодов сахарной свеклы 58

Выводы по главе 60

3Обоснование конструкции копира дообрезчика ботвы
свеклоуборочного комбайна 61

3.1 Методика проведения сравнительных исследований 63

3.2 Результаты экспериментальных исследований 69

3.3 Общая программа и методика исследования 70

Выводы по главе 71

4 Теоретические исследования по определению основных
конструктивных параметров экспериментального гребенчатого
копира дообрезчика ботвы свеклоуборочного комбайна 72

4.1. Существующие теоретические и экспериментальные исследования ботвосрезающих механизмов свеклоуборочных машин 72

4.2. Обоснование конструктивных параметров гребенчатого

копира 74

4.3 Исследование движения гребенчатого копира при

копировании головки корнеплода, отклоненного от осевой линии 79

Выводы по главе 91

5Лабораторные и лабораторно-полевые исследования 92

5.1.Лабораторные исследования гребенчатого копира
дообрезчика свеклоуборочного комбайна 92

5.1.1. Методика экспериментальных исследований 92

5.1.2. Результаты исследования по обоснованию оптимальных параметров экспериментального гребенчатого копира дообрезчика ботвы 101

5.2. Лабораторно-полевые исследования экспериментального
гребенчатого копира дообрезчика ботвы 107

5.2.1. Условия и методика проведения лабораторно-полевых исследований 108

5.2.2. Результаты лабораторно-полевых исследований 114

5.2.3 Производственные исследования: 119

Выводы по главе 122

6Расчет экономической эффективности применения дообрезчика
ботвы с экспериментальным гребенчатым копиром 124

6.1. Общие положения методики расчета экономической эффективности предлагаемого дообрезчика свеклоуборочного комбайна 124

6.2. Определение затрат на изготовление дообрезчика свеклоуборочного комбайна Экономическая эффективность от внедрения дообрезчикаботвы с экспериментальным гребенчатым копиром на свеклоуборочном комбайне TERRADOS 129

Введение

Сахарная свекла - одна из важнейших технических культур, используемая для получения сахара. Вместе с тем продукция ее производства и переработки (жом, ботва, патока) служит ценным кормом для сельскохозяйственных животных и сырьем для промышленности.

В настоящее время практически все операции возделывания
корнеплодов сахарной свеклы полностью механизированы.

Механизированные процессы уборки сахарной свеклы представляют собой сложный комплекс технологических операций, включающих обрезку, очистку, сбор, укладку, погрузку и транспортировку корнеплодов и ботвы.

При уборке сахарной свеклы одними из трудоемких являются технологические процессы обрезки и выкопки корнеплодов. Показатели качества работы применяемых ботвосрезающих механизмов свеклоуборочных комбайнов в условиях повышенной влажности почвы, высокой урожайности ботвы и неравномерного распределения корнеплодов в рядке не всегда соответствуют агротехническим требованиям. Ботвосрезающие механизмы допускают от 4 до 20 % потерь биологического урожая и повреждают до 30 % корнеплодов.

В связи с этим исследования, направленные на улучшение качественных показателей работы дообрезчиков ботвы свеклоуборочных комбайнов путем разработки гребенчатого копира с продольным и поперечным копированием головок корнеплодов и обоснования его конструктивных параметров, являются актуальными и имеют существенное значение для сельскохозяйственного производства.

Исследования проводились по плану НИОКР ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» в соответствии с темой № 31 «Совершенствование технологии и технических средств, позволяющих снизить затраты труда и потери продукции при уборке сельскохозяйственных культур».

Цель исследования. Повышение качества дообрезки ботвы сахарной свеклы путем разработки гребенчатого копира с продольным и поперечным копированием головок корнеплодов и обоснования его конструктивных параметров.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить состояние посевов и физико-механические свойства
сахарной свеклы в период уборки.

2. Обосновать для исследования перспективную конструкцию копира дообрезчика ботвы свеклоуборочного комбайна.

3. Провести теоретические исследования по определению основных конструктивных параметров экспериментального гребенчатого копира дообрезчика ботвы свеклоуборочного комбайна.

4. Изготовить экспериментальный образец гребенчатого копира
дообрезчика ботвы для копирования корнеплодов в продольном и
поперечном направлениях, провести экспериментальные исследования для
определения рациональных и оптимальных конструктивных параметров,
проверить работоспособность в производственных условиях и определить
экономическую эффективность его применения.

Объект исследования. Технологический процесс дообрезки ботвы на корню при однофазной уборке сахарной свеклы.

Предмет исследования. Конструктивные параметры гребенчатого копира с продольным и поперечным копированием головок корнеплодов и закономерности изменения качественных показателей дообрезки ботвы сахарной свеклы от основных конструктивных параметров копира дообрезчика ботвы свеклоуборочного комбайна.

Методика исследования. Теоретические исследования копирования головок корнеплодов гребенчатым копиром выполнялись с применением известных законов и методов классической механики и математики. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях с использованием теории многофакторного эксперимента, а в лабораторно-полевых в соответствии с действующими ГОСТами и ОСТами. Обработка полученных результатов исследований осуществлялась методом корреляционного анализа на ПЭВМ с использованием прикладных программ «STATISTICA», «Microsoft Excel» и др.

Научную новизну представляют:

- теоретические зависимости, позволяющие определить конструктивные параметры гребенчатого копира;

- гребенчатый копир дообрезчика ботвы свеклоуборочного комбайна, позволяющий копировать корнеплоды в продольном и поперченном направлениях;

- оптимальные значения конструктивных параметров гребенчатого
копира дообрезчика ботвы свеклоуборочного комбайна.

Новизна технического решения по конструкции копира подтверждается патентами на полезную модель РФ №64008, №58005.

Практическая значимость. Разработанный гребенчатый копир, устанавливаемый на дообрезчик свеклоуборочного комбайна, позволяет копировать корнеплоды в продольном и поперечном направлениях, что увеличивает количество корнеплодов с нормальным срезом до 98, 2%, снижает травмирование и отходы сахароносной массы в срезанных головках до 2, 2%.

Реализация результатов исследований. Разработанный гребенчатый копир для копирования корнеплодов в продольном и поперечном направлениях прошел производственную проверку и был внедрен в СПК «Дружба» Каменского района Пензенской области.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 111 наименований, и приложения. Диссертация изложена на 153 с, содержит 13 табл., 54 рис.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

1.Уравнения, описывающие движение гребенчатого копира в
горизонтальной плоскости при продольно-поперечном копировании
корнеплодов сахарной свеклы.

2.Функциональные зависимости конструктивных параметров
гребенчатого копира от сил, действующих на него при контакте с корнеплодом.

3. Количественные показатели, характеризующие качество дообрезки ботвы сахарной свеклы.

4. Гребенчатый копир дообрезчика ботвы свеклоуборочного комбайна, позволяющий копировать корнеплоды в продольном и поперечном направлениях.

Сахарной свеклы

Важную роль в обеспечении качественного выполнения технологического процесса уборки корнеплодов сахарной свеклы играет уборка ботвы. Показатели качества технологического процесса уборки ботвы должны удовлетворять следующим параметрам:

- срез головок корнеплодов без сколов с прямой (90%) и гладкой (98%о) поверхностью среза;

- плоскость среза головки корнеплода должна проходить не ниже зоны прикрепления черешков нижних зеленых листьев и не выше 20мм от верхушечной почки;

- количество корнеплодов со срезом выше 20мм от вершины их головок не должно превышать 5%;

- отходы массы головок в ботву при обрезке - не более 5%;

- общие потери зеленой массы ботвы не должны превышать 10%;

- содержание зеленой массы в убранном ворохе не должно превышать 3%;

- не допускается выбивание корнеплодов из почвы рабочими органами ботвоуборочной машины и доочистителя головок корнеплодов [6, 7, 8].

Качество выполнения технологических процессов уборки оказывает определяющее влияние на основные агротехнические характеристики собранного урожая и в значительной степени определяется конструкцией рабочих органов и компоновочно-технологическими схемами свеклоуборочных машин [12, 13].

По технологическому процессу удаления ботвы ботвосрезающие механизмы свеклоуборочных машин можно разделить на две группы:

1) ботвосрезающие механизмы, осуществляющие процесс обрезки ботвы внутри машины;

2) ботвосрезающие механизмы, осуществляющие процесс обрезки ботвы на корню.

Обрезка ботвы с головок корнеплодов внутри машины применялась на первой серийной отечественной свеклоуборочной машине - однорядном свеклоуборочном комбайне теребильного типа СПГ-1, разработчиками которого были Сиваченко М.С. и Павлов В.Д. [14].

Ботвосрезающий механизм данной машины состоит из пальцевого дискового выравнивателя и плоского дискового ножа.

Рисунок 1.2 - Схема ботвосрезающего механизма комбайна СПГ-1:

1 - палец; 2 - выравнивающий диск; 3 - опорный корпус; 4 - дисковый нож; 5 - битер

При движении комбайна извлеченные из почвы корни, удерживаемые за ботву теребильными лапами, подводятся к дисковому выравнивателю, который захватывает ботву пальцами 1 (рисунок 1.2) вращающегося диска. Последний выравнивает корнеплод. Теребильные лапы подтягивают корнеплод до упора его головкой в нижнюю поверхность пальцев 1. В таком положении корень подводится к дисковому вращающемуся ножу 4, обрезающему ботву. Срезанная ботва плоскостями ботвоотделителя прижимается к битеру 5, лопасти которого сбрасывают ее в бункер.

Данные ботвосрезающие механизмы использовались на трехрядных комбайнах теребильного типа СКЕМ-3, СПТ-3, КСТ-3, а также на свеклоуборочных машинах фирмы «KEMPLER» (Германия) [15, 16].

Доработанная схема рассмотренного ботвосрезающего механизма использовалась на свеклоуборочном навесном комбайне Marbil фирмы «Blekwelder Manufacturing», США. Этот комбайн работает по принципу теребления корнеплодов способом их накалывания стальными иглами обода теребильного колеса, катящегося по рядку свеклы.

Рисунок 1.3 — Схема ботвосрезающего механизма комбайна Marbil: 1 - дисковый горизонтальный нож; 2 - битер

После выравнивания снятого с иглы корнеплода в специальном устройстве выполнялась обрезка ботвы с его головки двумя вращающимися навстречу друг другу дисковыми ножами 1 (рисунок 1.3).

Достоинствами описанных механизмов является низкая засоренность землей вороха ботвы и полный ее сбор, что особенно ценно при использовании ботвы на корм скоту. Недостатками являются: отсутствие механизма регулировки высоты среза головки корнеплода, что ухудшает качество обрезки корнеплодов и приводит к увеличению отходов сахароносной массы; сложность выравнивания корнеплодов при обрезке с них ботвы; низкая рабочая скорость движения комбайна и невысокая производительность. Поэтому технология удаления ботвы внутри машины и указанные ботвосрезающие механизмы не нашли дальнейшего распространения. В настоящее время в мировой практике ботву сахарной свеклы удаляют в основном с помощью ботвосрезающих механизмов на корню [17, 18].

Анализ конструкций ботвосрезающих механизмов [19....29] показывает, что рабочие органы, осуществляющие процесс обрезки ботвы сахарной свеклы на корню, можно разделить на три типа: пассивные, активные, комбинированные.

Рисунок 1.4 - Классификация конструктивных схем рабочих органов ботвосрезающих механизмов

Пассивные механизмы выполнены в виде плоских, дугообразных и сегментных ножей. Активные ботвосрезающие механизмы по типу рабочего органа подразделяются на дисковые, роторные, шнековые, транспортерные, цилиндрические и плосконожевые.

Комбинированные механизмы, выпускаемые отечественными и зарубежными фирмами, отличаются широкой гаммой конструкций, различающихся типом рабочего органа (например, горизонтальный ротор с эластичными бичами или железными шарнирно закрепленными ножами; вертикальный ротор с закрепленными лопастными ножами) и дообрезчика в виде плоского, дугообразного пассивного ножей или активного дискового ножа [29, 30, 31].

Свеклы

При разработке новых и усовершенствовании существующих технических средств для уборки ботвы первостепенное значение имеет изучение состояния посевов и физико-механических свойств сахарной свеклы в период уборки.

Основоположники теории сельскохозяйственных машин академики В.П. Горячкин и В.А. Желиговский, профессора М.Н.Летошнев, А.Н.Гудков, Е.СБосой и другие [56, 57, 58] указывали, что обоснование технологических схем, разработка отдельных рабочих органов машин и оценка качества работы машины должны базироваться на тщательном изучении рабочей среды, свойств материалов и растений, участвующих в процессе.

Состояние посевов и агрофизические свойства сахарной свеклы изучали многие специалисты и исследователи, в том числе А.А. Василенко, И.М. Полуночев, Л.В. Погорелый, В.В. Брей [6, 59, 60, 61, 62.], однако имеющиеся показатели не являются достаточными для решения поставленных в данной работе задач. Поэтому при изучении состояния посевов и агрофизических свойств сахарной свеклы уделялось внимание уточнению известных показателей и определению новых, необходимых для обоснования оптимальных геометрических и кинематических параметров дообрезчика ботвы.

Для решения поставленных в работе задач исследовались следующие показатели:

- состояние посевов сахарной свеклы;

- размерно-массовая характеристика корнеплодов сахарной свеклы;

- фрикционные свойства корнеплодов сахарной свеклы

В Российской Федерации районировано более 40 сортов и гибридов сахарной свеклы. В Пензенской области наибольшее распространение имеет сорт «Льговская односемянная 52» - сорт урожайно-сахаристого направления.

Характеристика культуры

Сахарная свекла - важнейшая техническая культура, возделываемая для получения из нее сахара и на корм животным. Современные сорта сахарной свеклы содержат в корнеплодах в среднем 17-19% сахара и могут обеспечить сбор сахара до 100 ц/га и более.

По кормовому достоинству сахарная свекла значительно превосходит кормовую: в 4100 кг ее корнеплодов содержится 26 кормовых единиц и 1, 2 кг переваримого протеина, 0, 5 кг кальция и 0, 5 кг фосфора. В урожае 300 ц/га корнеплодов и 150 ц/га листьев содержится 10500 кормовых единиц.

При промышленной переработке сахарной свеклы большую ценность имеют побочные продукты - жом, патока. Общая кормовая ценность всех побочных продуктов, получаемых при переработке урожая сахарной свеклы 250-300 ц/га корнеплодов и 100-150 ц/га листьев, составляет около 5000 кормовых единиц. Листья сахарной свеклы по кормовому достоинству не уступают зеленой массе сеяных трав. 5 кг листьев приравниваются к одной кормовой единице с высокой обеспеченностью белком (ПО г). При урожае сахарной свеклы 250-300 ц/га только листья дают около 2000 кормовых единиц. Однако необходимо отметить, что ботва сахарной свеклы содержит соли щавелевой кислоты и скармливание животным больших количеств ее в свежем или силосованном виде может вызвать нарушение кальциевого обмена и расстройство пищеварения.

В жоме, представляющем собой обессахаренную свекловичную стружку, содержится 6-7 % сухих веществ. В 1 ц свежего жома содержится 8 кормовых единиц, 0, 9 кг переваримого протеина, а в 1 ц сухого жома - 85 кормовых единиц и 3, 9 кг переваримого протеина.

Велико и агротехническое значение сахарной свеклы. Требуя глубокой обработки почвы, внесения удобрений и тщательного ухода за посевами, она является ценным предшественником для многих сельскохозяйственных культур и повышает общую продуктивность полевых севооборотов.

Сахарная свекла относится к числу наиболее высокоурожайных растений, занимая по общему сбору продукции с единицы площади одно из первых мест среди полевых культур.

Сахарная свекла очень требовательна к внешним условиям и чутко реагирует на их изменения. Это умеренно теплолюбивое и светолюбивое растение. Для прорастания семян ей необходимо тепло, доступ воздуха и наличие достаточного количества влаги. Минимальная температура почвы для прорастания семян - 3-4°С, но всходы при этом появляются только на 25-28 день, при температуре 6-7°С - на 10-15 день, при 10-11 °С - на 8-Ю день и при 15-18°С-на6-7день[58].

Сахарная свекла в разные периоды вегетации расходует одинаковое количество воды. Если вегетационный период (с 15 мая по 15 октября) разделить на три периода (по 50 дней), то соотношение расхода воды на испарение в каждом из них составит примерно 1: 9: 3. Недостаток влаги в любой из этих периодов отрицательно сказывается на урожайности свеклы. Однако больше всего снижается урожай корнеплодов и их сахаристость, когда растения подвергаются действию засухи в период интенсивного роста - в июле-августе [60].

Сахарная свекла - растение длинного дня. При увеличении периода освещения растения быстрее развиваются, лучше растут листья и корнеплоды, возрастает накопление сахара в них. Затемнение свеклы в загущенных посевах приводит к снижению темпов роста и накопления сахара. Сахаристость свеклы сильно зависит от напряженности солнечной радиации во второй половине вегетационного периода. Наиболее интенсивно накопление сахара в корнеплодах происходит, когда ясная солнечная погода чередуется с облачной погодой.

Сахарная свекла предъявляет высокие требования к плодородию почвы, ее физическому состоянию, обеспеченности макро- и микроэлементами. Лучше всего свекла растет на черноземах, серых и темно-серых лесных суглинистых почвах, богатых перегноем. Вполне пригодны для нее почвы низин и пойм. Хорошие урожаи получают также при возделывании на богатых органическим веществом и хорошо обрабатываемых луговых и лугово-болотных, удобренных и обеспеченных влагой темно-каштановых, глубоко обрабатываемых плодородных дерново-подзолистых почвах Нечерноземной зоны. Для свеклы наиболее благоприятна нейтральная и слабощелочная реакция почвенного раствора. На кислых почвах без предварительной их нейтрализации свекла дает невысокие урожаи. Сахарная свекла может приспосабливаться к слабозасоленным почвам. Нельзя размещать свеклу на тяжелых глинистых, заболоченных, бедных песчаных и каменистых почвах.

Главное условие интенсификации производства сахарной свеклы -исключение ручного труда во всех операциях, замена его машинным трудом. Оптимальной густоты растений можно добиться в результате высева малых норм семян одноростковой свеклы на конечную густоту или высева их с небольшим запасом и удаления лишних растений прореживателями либо культиваторами [63].

Выводы по главе.

На основе анализа результатов исследования состояния посевов и агрофизических свойств сахарной свеклы можно сделать следующие выводы:

1. Ширина междурядий сахарной свеклы в период уборки колеблется в пределах 401-490 мм при средней величине 447 мм. Максимальное отклонение отдельных корнеплодов от осевой линии рядка составляет 44 мм. Расстояние между корнеплодами в рядке изменяется от 71 до 280 мм при средней величине 169 мм, а максимальная высота расположения головок корнеплодов относительно поверхности почвы доходит до 60 мм.

2. Длина пучка ботвы сахарной свеклы в естественном состоянии изменяется в пределах 231-629 мм, а диаметр пучка - 32-97 мм, максимальное количество листьев на корнеплоде составляет 18 штук. Более 70% растений сахарной свеклы имеют ботву массой 700-1100 г, максимальное значение этого параметра составляет 1600 г.

3. Высота головки корнеплода составила от 10, 4 до 32, 0 мм, при этом более 60% корнеплодов с толщиной коронки от 8 до 16, 3 мм и толщиной зоны «спящих глазков» от 8 до 21, 9 мм.

4. Величина угла трения корнеплода по листовой неокрашенной стали составляет ф=22°.

Выводы по главе

На основании результатов сравнительных исследований дообрезчиков ботвы свеклоуборочного комбайна с экспериментальным копиром можно сделать следующие выводы:

1. Дообрезчик ботвы с экспериментальным гребенчатым копиром
обеспечивает лучшее копирование головок корнеплодов, отклоненных от
осевой линии рядка. Качество корнеплодов с нормальным срезом составляет
более 80 %, поэтому для дальнейших исследований принимаем дообрезчик
ботвы с гребенчатым копиром.

2. Лабораторные исследования позволили установить уровни
варьирования некоторых параметров гребенчатого копира: ширина
гребенчатого копира Н=160...200 мм, рабочая скорость дообрезчика ботвы
v=1, 3.... 1, 7 м/с, радиус загиба крайних пяастин R=80..110 мм.

Дообреззчик – бұ рын кескіш

Корнеплод – тамыр тү йін

Ботва – пә лек

Копир - кө шіргіш

Гребенчатый копир – тырмалы кө шіргіш

Ботвосрезающии механизм - Пә лек қ иғ ыш механизм