Введение к работе
Актуальность работы. Картофель является общепризнанной, стратегически важной продовольственной культурой, а картофелеводство одним из наиболее значимых отраслей сельского хозяйства. Роль картофеля в жизнедеятельности человека неоценима как одна из важнейших продовольственных и кормовых культур. Картофель, занимая менее 3% посевных площадей, дает более 15% валовой продукции растениеводства России. Несмотря на широкое распространение картофеля, производство ее остается одним из трудоемких. На долю уборку клубней приходится около 45 % из всех трудозатрат производства картофеля.
В последние два десятилетия основным местом производства картофеля остаются личные подсобные хозяйства, дающие около 80% валового сбора картофеля. На этих небольших участках невозможно и экономически нецелесообразно использование высокопроизводительных и дорогостоящих картофелеуборочных комбайнов. Тракторный парк таких хозяйств в основном состоит из универсальных малогабаритных тракторов и мотоблоков мощностью менее 30 л.с. Выпускаемые в настоящее время промышленностью картофелеуборочные машины, предназначены для крупных сельскохозяйственных предприятий, с большими посевными площадями. Использование механизированной уборки картофеля в личных подсобных хозяйствах возможно при создании малогабаритных картофелекопателей с малым тяговым сопротивлением. Одним из возможных путей решения данной проблемы является оптимизация формы подкапывающих органов, что приведет к снижению энергетических затрат и повышения производительности картофелекопателя.
Степень разработанности темы. Проблема механизации уборки картофеля на личных подсобных хозяйствах остро встала в конце 90-х годов прошлого века в связи с сокращением крупных сельскохозяйственных предприятий, занимающихся выращиванием картофеля на больших площадях. В течении последних двух десятилетий разработаны множество машин и технологий для решения данной проблемы, основанное на опыте и исследованиях многих отечественных ученых. Но резервы по улучшению процесса подкапывания клубненосного пласта еще не исчерпаны. Создание подкапывающих рабочих органов картофелекопателя одновременно обеспечивающие такие процессы, как подкапывания клубненосного пласта, его разрушение и сепарация непосредственно на рабочем органе является актуальной научной и практической задачей.
Объект исследования - технологический процесс подкапывания клубненосного пласта вильчатым подкапывающим рабочим органом.
Предмет исследования - закономерности влияния конструктивных параметров вильчатого подкапывающего рабочего органа на процесс подкапывания клубненосного пласта.
Цель работы. Повышение эффективности процесса подкапывания клубненосного пласта путем обоснования конструктивно-технологических параметров и разработки вильчатого подкапывающего рабочего органа картофелекопателя.
Научная новизна заключается в следующем:
1. Разработана модель технологического процесса подкапывания клубненос-
ного пласта вильчатым подкапывающим рабочим органом с учетом его конст-
руктивных параметров и физико-механических свойств клубней картофеля и клубненосного пласта.
-
Теоретически обоснованы формы вильчатого подкапывающего рабочего органа картофелекопателя с регулируемым расстоянием между прутками, конструктивно-технологические параметры консольно-закрепленных прутков для создания автоколебаний при работе на переувлажненных, сильнозасорен-ных растительными остатками почвах.
-
Обоснована максимальная возможная рабочая скорость картофелекопателя из условия уменьшения количества поврежденных клубней.
-
Определен коэффициент уменьшения клубненосной массы непосредственно на подкапывающем рабочем органе для установления загруженности последующих сепарирующих органов.
Новизна технических решений подтверждена патентами РФ на изобретение № 2660254 и на полезную модель № 144257.
Теоретическую и практическую значимость представляют:
-
Аналитические зависимости процесса подкапывания клубненосного пласта и состояния сходового вороха от физико-механических свойств почвы и конструктивных параметров подкапывающего рабочего органа.
-
Конструкция вильчатого подкапывающего рабочего органа с консольно-закрепленными колеблющимися прутками для создания автоколебаний, позволяющая снизить тяговое сопротивление за счет просеивания почвы на начальном этапе подкапывания и с регулируемым расстоянием между прутками.
-
Программа и методика экспериментальных исследований.
На защиту выносятся:
-
Аналитическое описание технологического процесса работы вильчатого подкапывающего рабочего органа;
-
Теоретическое и экспериментальное обоснование конструкции вильчатого подкапывающего рабочего органа;
-
Результаты теоретических и лабораторно-полевых исследований эффективности применения предлагаемых технических решений.
Методология и методы исследований. Исследования процесса подкапывания клубненосного пласта осуществляли методами классической и прикладной механики, механики грунтов и математического анализа. Лабораторные и производственные испытания проводили на специально изготовленном оборудовании в соответствии со стандартными и разработанными частными методиками. Обработка полученных экспериментальных данных осуществлялась методами математической статистики с использованием пакетов прикладных программ «Statisti-ca 10.0», «FlоwVision», «Mathcad 15», и «Microsoft Office Excel 2010».
Личный вклад автора в проведение исследований. Автор принимал непосредственное участие на всех стадиях проведения исследований: выполнено теоретическое исследование процесса подкапывания клубней и сепарации клубненосного пласта, разработан экспериментальный образец картофелекопателя, выполнено теоретическое обоснование его конструктивных и технологических параметров, проведены исследования опытного образца в лабораторных и производственных условиях.
Апробация работы. Основные научные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научных международных конференциях: «», (Башкирский ГАУ, 2013-2016 гг.), на Всероссийской международной научно-практической конференции в рамках XXIV международной специализированной выставки «Агрокомплекс» (Башкирский ГАУ, 2014-2018гг.), на VII Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «» (Башкирский ГАУ, 2014г.).
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность научных положений и результатов работы обеспечены анализом экспериментальных данных с использованием стандартных пакетов прикладных программ. Совпадение расчетных показателей с экспериментальными данными подтверждают результаты анализа, следовательно, и достоверности научных положений и результатов работы.
Опытный образец картофелекопателя прошел производственные испытания в СПК «Дружба» Янаульского района и КФХ «Давлетшин Ф.С.» Республики Башкортостан в 2015-2016гг.
Публикации. По результатам работы над диссертацией опубликовано 11 печатных работ, в том числе патент на изобретение, 2 патента на полезную модель и 3 научные статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ. Общий объем опубликованных работ составляет 2,6 п.л., из них автору принадлежит 1,6 п.л.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 129 страницах машинописного текста, содержит 52 рисунка и 9 таблиц. Список литературы включает 115 наименований, в том числе 6 на иностранных языках.