Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Сельское хозяйство arrow Обґрунтування параметрів робочих органів картоплекопача прочісуючого типу при вирощуванні картоплі на крапельному зрошуванні

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано цілі і завдання досліджень, обґрунтовано наукова новизна і практичне значення отриманих результатів наукових досліджень.

У першому розділі викладено аналіз виробництва картоплі в Україні за останні 10 років. Встановлено, що основним її виробником є особисті підсобні господарства і фермери, що мають площі від 0,1 до 20 га. За показником виробництва картоплі в 2007 р. (19-20 млн. т) Україна займала 5 місце в світі. При цьому підкреслюється низька її врожайність (11,2-12,1 т/га) в порівнянні з передовими виробниками картоплі в світі, де врожайність складає 35-40 т/га.

Одним з найбільш перспективних шляхів підвищення врожайності картоплі є освоєння технології її вирощування на крапельному зрошуванні, як найбільш ефективного способу використання водних ресурсів на одиницю продукції. Вивчення світового досвіду з використання крапельного зрошування на виробництві картоплі дозволило визначитися з схемами її посадки, які відрізняються від прийнятих в сучасних технологіях (індустріальною, голландською та ін.). Особливості технології крапельного зрошування вимагають адаптації техніки і технічних рішень. Основні особливості адаптації - це коротка довжина гонів (100-150 м), колія трактора 1400 мм і дорожній просвіт не менше 450-500 мм. Аналіз енергетичних засобів, які реалізовуються на ринку України, показує, що цим вимогам відповідає тільки самохідне шасі Т-16МГ.

Коротка довжина гону вимагає від технічних рішень зменшення довжини поворотної смуги. Одним з шляхів зменшення довжини поворотної смуги є зменшення кінематичної довжини агрегату, зокрема шляхом центрального навішування знарядь на самохідне шасі Т-16МГ. Схвалення концепції центрального навішування висуває специфічні вимоги до конструкції картоплекопачів.

Теоретичні і практичні основи процесу роботи робочих органів картоплекопачів викладені в роботах Петрова Р. Я., Сорокіна А. А., Морозова І.В., Гречкосія В. Д., Мірошника І. І., Дорохова А. Н., Алексейчика Н. А., Безрукого Л. П., Рейнгарта Е. З., Борева Д. Х., Гіммельфарб В. І., Брюховецького А.М., Бєлова А. П., Фірмана П., Автухова Н. У., Доценка З. М. та інших учених.

Аналіз робіт з теорії робочих органів картоплекопачів показав, що потрібне нове конструктивне рішення, яке б забезпечувало зменшення загальної довжини картоплекопача. Це можливо тільки при поєднанні операцій “роздавлювання грудок грунту”, “сепарація грунту”, “транспортування бульб картоплі” і “укладання в рядки”.

Розроблена технологічна схема картоплекопача прочісючого типу, обґрунтуванню конструктивних і технологічних параметрів якого і присвячені дослідження, приведені в дисертації.

Сформульовані цілі і задачі наукових досліджень.

У другому розділі розглянуті завдання адаптації картоплекопачів до умов роботи на малих гонах, де істотну роль грає кінематична довжина агрегату. Приведені значення кінематичної довжини деяких енергетичних засобів і 22 картоплекопачів вітчизняного і зарубіжного виробництва, а також радіуси повороту картоплезбиральних агрегатів. Ефективність роботи агрегату залежить від значення коефіцієнта робочих ходів ц при різних видах розвороту агрегату. З огляду на те, що поворотні смуги при виробництві картоплі не засаджуються, оскільки вони використовуються для розворотів агрегатів при виконанні подальших операцій, введено поняття коефіцієнта використання площі поля (), який залежить від довжини гону, форми ділянки, виду розворотів.

У третьому розділі приведено теоретичне обґрунтування параметрів робочих органів картоплекопача прочісуючого типу.

Технологічний процес роботи картоплекопача полягає в наступному: зубчатий леміш (1) підкопує бульбомісткий шар грунту на заданій глибині. Далі шар поступає на передню частину сепаруючих грат (2). На бульбомісткий шар грунту починає діяти зуб (палець) прочісуючого ротора (3). На передній частині сепаруючих грат відбувається роздавлювання грудок грунту, проштовхування бульб по сепаруючих гратах і часткова сепарація грунту через просвіти між пальцями сепаруючих грат і просування бульби картоплі. В кінці грат відбувається відрив бульби і непросепарованих частинок грунту. Із-за різниці розмірів частинок грунту і бульб картоплі та їх аеродинамічних властивостей, останні мають велику довжину траєкторії і бульби падають на розпушену поверхню рядку. Кут установки зубів прочісуючого ротора регулюється.

Попередні випробування картоплекопача дозволили встановити його конструктивні і технологічні параметри, що визначають якість технологічного процесу:

Ширина підкопувального органу - В, м.

Радіус прочісуючого барабану - R, м.

Координати розташування осі прочісуючого барабана - Н, м; А, м.

Відстань між прутками сепаруючих грат - В, м.

Кут нахилу сепаруючих грат - б, град.

Кутова швидкість ротора - щ, с-1.

Число рядів зубів прочісувача- z, штук.

Форма відбивача (кожуха) - y=f(x).

Довжина частини сепаруючих грат, на яких відбувається роздавлювання грудок грунту - Lр, м.

Для визначення параметрів прочісуючого барабана і нахилу сепаруючих грат встановлено закон руху бульби картоплі при дії на нього елементів робочих органів, визначена зона руйнування грудок грунту прочісуючими робочими органами і визначені поточні значення швидкості переміщення бульб картоплі по прутках сепаруючих грат.

На бульбу в точці А діє палець (зуб) прочісуючого органу. Нехай бульба торкається в двох точках (площах) пальців сепаруючих грат К1 і К2.

Сила ваги бульби картоплі - mg. З боку шару грунту на бульби діють сили підпору F, F, F. Fпс. Сили тертя Fтр1, Fтрк1, Fтрк2. Реакції зв'язку N1 (помістимо в точці ті, що стосуються К1, і N2 в точці К2).

При такій системі сил, що діють, і реакцій зв'язку рівняння руху бульби зведеться до поступальної ходи центру мас «С», викликаного дією рівнодіючої, рівній векторній сумі всіх сил, що діють на бульбу картоплі, і реакцій зв'язку, і обертальному руху навколо осі, що проходить через центр мас і викликаної дією головного моменту всіх сил і реакцій зв'язку ()

Тоді, дія всіх сил на бульбу картоплі зводиться до двох загальновідомих диференціальних рівнянь руху:

Поступальному, приведеному до центру мас

.

Обертальному навколо центру мас

.

Для вирішення першого завдання динаміки нам необхідно;

Встановити закон зміни швидкості по сепаруючих гратах .

Шляхом диференціювання за часом закону зміни швидкості визначити прискорення .

Визначити закон зміни проекції рівнодіючої сили на вісь .

Крім того, в точці «А» повинна бути дотримана умова

,

де - кут тертя «грунт - пруток».

Цю умову визначає умова руйнування (затискання) грудки грунту і просування бульби пальцем ротора уздовж сепаруючих грат.

Поточне значення швидкості руху бульб і грунту по сепаруючих гратах описується рівнянням:

, м/с. (1)

У таблиці 5 (рядок 4) приведені графіки залежності зміни швидкості переміщення бульб від нахилу сепаруючої решітки.

Відмінність в кутках зовнішнього тертя «грунт - метал (ц2) » і «бульба картоплі - метал» (ц1) забезпечують на деякому шляху затискання (роздавлювання) грудок грунту і просування бульб картоплі. Зона затискання грудок грунту забезпечує їх руйнування з подальшим розсипанням на сепаруючих гратах.

Зона роздавлювання грудок визначається із рівняння:

, м. (2)

Таким чином, довжина робочої ділянки Lp роздавлювання (кришення) грудок грунту є функцією конструктивних параметрів (R, H, б), фізико-механічних властивостей грудок грунту (ц2) і бульб картоплі (ц1) таблиця 5 (рядок 5).

Для визначення форми відбивного кожуха, яка виключає при зіткненні травмування бульби, необхідно визначити траєкторію її вільного польоту. Завдання в загальному вигляді рішення має давно. Проте, для конкретного випадку необхідно враховувати значення початкових умов, залежних від конструктивних і технологічних особливостей робочих органів картоплекопача. До них відносяться:

  • - початкова швидкість відриву бульб, V0;
  • - початковий напрямок швидкості відриву бульб, кут;
  • - початкова висота відриву бульб картоплі від сепарувальних грат, h0.

Тоді траєкторія польоту бульби, а отже і форма відбивного кожуха, матиме вигляд:

, (3)

Або

, (4)

де

.

У четвертому розділі «Програма і методика експериментальних досліджень» сформульовано мету експериментальних досліджень: визначення фізико-механічних властивостей грунту і бульб картоплі, які входять в основні рівняння аналітичних досліджень; викладено методику проведення багатофакторних експериментів, що забезпечують визначення оптимальних конструктивних і технологічних параметрів робочих органів картоплекопача для збирання картоплі, яка вирощується на крапельному зрошуванні.

Приведено методики наступних експериментальних досліджень:

  • - встановлення особливості формування зони розташування бульб картоплі при її вирощуванні на крапельному зрошуванні;
  • - встановлення розмірних характеристик збираємих бульб картоплі;
  • - визначення впливу крапельного зрошування на формування поля температур в ґрунті і приґрунтовому шарі повітря;
  • - визначення динамічних і статичних коефіцієнтів тертя «грунт - грунт» і «бульба картоплі - грунт»;
  • - визначення регресивної моделі параметрів робочих органів картоплекопача, бульб картоплі, які впливають на якість її виділення.

Методика визначення динамічного коефіцієнта тертя.

Коефіцієнт тертя обчислюється за результатами вимірювань на модифікованому стенді ТМ-21А із наступного виразу:

. (5)

Точність вимірювання пов'язана з точністю виміру часу t (?t), кута б (?б) і довжини шляху руху S (?S)

, (6)

і погрішність складає менше 5%.

Для проведення багатофакторного експерименту було виділено 23 подвійних рядки завдовжки 35 м кожен. Самохідне шасі з навішеною експериментальною установкою, настроєною відповідно з вимогами заданого варіанту експерименту, обробляло 3 рядки (три повторності в кожному експерименті) на одній і тій же швидкості - 3,4 км/год. Потім оцінювали якість відділення бульб картоплі.

Для розробки регресивної моделі використовували Д- оптимальний план Боксу - Бенкіна. У якості вивчаємих факторів прийнято: Z - число зубів по діаметру барабана, - показник кінематичного режиму і радіус зубів R. Рівні варіювання вказаних факторів були такі:

. Крок . . Крок .

,, . Крок мм.

Для організації проведення експериментів була розроблена трирівнева матриця Д-оптимального плану Боксу - Бенкіна другого порядку для трьох чинників (), який включав також результати варіантів експериментів (таблиця 3).

Конструктивні особливості установки для проведення багатофакторного експерименту формують вимоги організації багатофакторного експерименту:

  • - зміна радіусу робочих зубів (пальців) R;
  • - зміна відстані між робочими зубами і пальцями сепаруючих грат b.
  • - зміна числа оборотів барабана, які забезпечують зміну (проводиться регулюванням передавального числа варіатора ), - зміна числа рядів (Z) зубів по діаметру - зміна кутів нахилу сепаруючих грат - зміна координати установки осі барабана із зубами (пальцями) (H, А).

Методика визначення якості відділення бульб картоплі картоплекопачем.

Після проходу експериментальної установки картоплекопача спеціальна рамка розміром 45x100 см укладалася уздовж рядка. Всередині рамки вибиралися лежачі на поверхні бульби картоплі і зважувалися (). Потім просівався шар грунту і виділялися частково або повністю присипані бульби картоплі і зважувалися ().

Якість роботи картоплекопача визначали із співвідношення:

. (7)

Особливістю даної методики є те, що визначається занижена якість відділення картоплі. Приблизно 8,1% об'єму картоплі залишається частково присипаною, хоча їх можна підбирати вручну.

У п'ятому розділі «Результати експериментальних досліджень» вивчено характер розташування бульб картоплі в ґрунті при її вирощуванні за технологією крапельного зрошування.

Аналіз характеру розташування бульб картоплі упоперек рядка при обробітку на крапельному зрошуванні дає підставу зробити висновок, що формування урожаю бульб картоплі характеризується наступними параметрами. Бульби в основному залягають на малій глибині, верхівки бульб розташовуються на глибині 0,5..3 см. Основна маса бульб розташовується в шарі 26-30 см і на глибині до 14-16 см.

Ці дві особливості дозволяють встановити ширину підкопувального лемеша 30-35 см і вибрати глибину підкопування 16-18 см. Збільшення ширини підкопувального лемеша більше 35 см і глибини більше 16 см призводить до збільшення об'єму сепаруємого грунту без збільшення ефекту якості відділення бульб картоплі при вирощуванні її на крапельному зрошуванні.

Зібрану картоплю проміряли у трьох напрямах: по товщині, ширині і довжині. Їх статистичний аналіз показав, що вміст бульб картоплі завтовшки більше 30 мм фактично відсутній.

Аналіз досліджень показує, що відстань між прутками сепаруючих грат і прочісуючого барабана повинні бути

, (8)

де d - діаметр прочісуючого прутка, м.

Результати визначення залежності коефіцієнтів тертя ц1 і ц2 від вологості грунту представлено на рис.7.

Аналіз результатів досліджень показує, що максимальна різниця в коефіцієнтах тертя «грунт - грунт», «бульба картоплі - грунт» спостерігається при вологості грунту 20%. При цьому різниця коефіцієнта статичного тертя «грунт - грунт» перевищує в 1,6 разів, а динамічного коефіцієнта тертя «бульба картоплі - грунт» - в 2,7 разів.

Враховуючи значну швидкість відносного руху бульб картоплі по прутках сепаруючих грат (до 1-1,5 м/с) і можливості їх обертального руху в процесі дії пальців прочісувача, реальна різниця коефіцієнтів тертя знаходиться між 1,6 і 2,7 разів.

За результатами багатофакторних експериментів (див. табл. 3), отримано наступне рівняння регресії:

Y = 86,9 -1,15·Z +1,34·л +0,56·R +0,4·Z·л +6,21·Z·R +0,3·л·R -0,88·Z2 -1,11·л2 -0,9·R2, (9)

де Z, л, R - нормовані значення вивчаємих параметрів.

Оцінка результатів експериментів:

Дисперсія неадекватності математичної моделі 0,5299

Дисперсія помилки дослідів 1,3191

Критерій Фішера 0,4017

Множинний коефіцієнт регресії 0,9683

Модель адекватна на будь-якому рівні статистичної значущості.

Після оптимізації рівняння регресії отримано наступні оптимальні параметри робочого органу картоплекопача:

Zопт. = 11,8; Rопт = 450 мм; лопт = 1,4.

Оскільки величина Z не може бути не цілим числом, приймемо Zопт = 12, а Rопт=450 і лопт=1,4 округлимо до зручних для конструювання значень.

У шостому розділі «Техніко-економічне обґрунтування ефективності нової технології виробництва картоплі на крапельному зрошуванні».

У основу методу оцінки економічної ефективності покладено технологічні карти на проведення усіх робіт з виробництва картоплі на крапельному зрошуванні з використанням знарядь, що навішуються на самохідне шасі Т-16МГ. Порівняння проводимо за затвердженими УААН технологічними картами виробництва картоплі. Основною специфікою при розробці карт є мала довжина гону (100-200 м), обумовлена особливостями організації території при крапельному зрошуванні, і рівній врожайності. Хоча реально урожай картоплі на крапельному зрошуванні підвищується до 350 т. картоплекопач крапельний зрошування

Витрати на виробництво картоплі за існуючими технологіями складають 383,38 грн/т. За технологією крапельного зрошування і використанні розробленого в ТДАТУ модуля - 228 грн/т.

Окремо проведено порівняння варіантів на операції «збирання картоплі».

Зменшення витрат палива на повороти і підвищення ефективності використання потужності мобільного засобу на операції викопування картоплі картоплекопачем прочісуючого типу забезпечує економію 17 кг палива на 1 га.

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 
СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ
Обґрунтування параметрів робочих органів картоплекопача прочісуючого типу при вирощуванні картоплі на крапельному зрошуванні