Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И РАБОЧЕГО ОРГАНА СЕПАРАЦИИ КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНЫХ МАШИН Голиков Алексей Анатольевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И РАБОЧЕГО ОРГАНА СЕПАРАЦИИ КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНЫХ МАШИН
<
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И РАБОЧЕГО ОРГАНА СЕПАРАЦИИ КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНЫХ МАШИН СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И РАБОЧЕГО ОРГАНА СЕПАРАЦИИ КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНЫХ МАШИН СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И РАБОЧЕГО ОРГАНА СЕПАРАЦИИ КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНЫХ МАШИН СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И РАБОЧЕГО ОРГАНА СЕПАРАЦИИ КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНЫХ МАШИН СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И РАБОЧЕГО ОРГАНА СЕПАРАЦИИ КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНЫХ МАШИН СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И РАБОЧЕГО ОРГАНА СЕПАРАЦИИ КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНЫХ МАШИН СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И РАБОЧЕГО ОРГАНА СЕПАРАЦИИ КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНЫХ МАШИН СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И РАБОЧЕГО ОРГАНА СЕПАРАЦИИ КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНЫХ МАШИН СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И РАБОЧЕГО ОРГАНА СЕПАРАЦИИ КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНЫХ МАШИН СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И РАБОЧЕГО ОРГАНА СЕПАРАЦИИ КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНЫХ МАШИН СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И РАБОЧЕГО ОРГАНА СЕПАРАЦИИ КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНЫХ МАШИН СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И РАБОЧЕГО ОРГАНА СЕПАРАЦИИ КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНЫХ МАШИН
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Голиков Алексей Анатольевич. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И РАБОЧЕГО ОРГАНА СЕПАРАЦИИ КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНЫХ МАШИН: диссертация ... кандидата технических наук: 05.20.01 / Голиков Алексей Анатольевич;[Место защиты: Мордовский государственный университет им.Н.П.Огарева].- Саранск, 2014.- 138 с.

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1 Анализ состояния вопроса и задачи исследований 9

1.1 Технология машинной уборки картофеля 13

1.2 Анализ конструктивно-технологических схем и показателей работы современных картофелеуборочных машин 26

1.3 Конструктивные решения, применяемые в современных картофелеуборочных машинах 39

1.4 Выводы 37

1.5 Цель и задачи исследования 38

Глава 2 Теоретические исследования рабочего органа сепарации картофелеуборочных машин 39

2.1 Снижение повреждений клубней на рабочих органах сепарации картофелеуборочных машин 44

2.2 Конструктивно-технологическая схема усовершенствованного рабочего органа сепарации 46

2.3 Обоснование конструктивных параметров усовершенствованного рабочего органа сепарации 61

2.4 Вероятностная оценка наступления технологического отказа рабочего органа сепарации картофелеуборочных машин

2.5 Выводы 70

ГЛАВА 3 Лабораторно-полевые исследования рабочего органа сепарации картофелеуборочных машин

3.1 Программа исследований 71

3.2 Объект исследований и применяемое оборудование 71

3.3 Методика проведения лабораторно-полевых исследований 74

3.4 Результаты лабораторно-полевых исследований 83

3.5 Обработка и анализ полученных результатов исследований 86

3.6 Выводы 90

Глава 4 Полевые исследования картофелеуборочных машин, оснащенных усовершенствованным рабочим органом сепарации

4.1 Программа полевых исследований 92

4.2 Объекты исследований 92

4.3 Методика проведения полевых исследований 95

4.4 Результаты полевых исследований 99

4.5 Выводы 103

Глава 5 Технико-экономическое обоснование использования усовершенствованного рабочего органа сепарации в конструкциях картофелеуборочных машин

5.1 Экономический эффект от снижения эксплуатационных затрат 105

5.2 Экономический эффект от снижения повреждений клубней 112

5.3 Выводы 114

Общие выводы 115

Список литературы 117

Приложения 13

Введение к работе

Актуальность темы исследования. Производство картофеля является
одним из перспективнейших направлений развития мирового

агропромышленного комплекса. Данную культуру возделывают в 130 странах мира на площади свыше 18 млн. га, с которой ежегодно собирают более 300 млн. тонн клубней. На долю РФ приходится около 10% общего объема производства. В 2013 году данную культуру выращивали на площади превышающей 2,14 млн. га, и валовой сбор составил приблизительно 30 млн. тонн. Самой трудо- и энергоемкой частью (свыше 60% затрат) технологии машинного производства картофеля является процесс уборки, который осуществляется в основном комбайнами.

Современный картофелеуборочный комбайн обеспечивает 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, в первую очередь, с несовершенством сепарирующих рабочих органов картофелеуборочных машин.

Таким образом, повышение эффективности функционирования рабочих органов сепарации картофелеуборочных машин является актуальной научно-технической задачей для сельского хозяйства.

Степень разработанности темы. Проблемой повышения эффективности сепарации корнеклубнеуборочной техники занимались С.Н. Борычев, Н.В. Бышов, Н.И. Верещагин, Н.Н. Колчин, М.Ю. Костенко, К.З. Кухмазов, Н.П. Ларюшин, Е.А. Панкова, Г.Д. Петров, К.А. Пшеченков, Г.К. Рембалович, В.И. Славкин, А.А. Сорокин, М.Б. Угланов, И.А. Успенский, М.Н. Чаткин и др., а также ряд зарубежных исследователей: R. Peters, J. Winkelmann, P.C. Struik и др. Но существующее разнообразие схемно-конструктивных решений сепарирующих рабочих органов далеко не исчерпало возможности совершенствования технологического процесса и технических средств для осуществления отделения примесей из клубненосного вороха при машинной уборке картофеля.

Работа выполнена в соответствии с планом НИР ФГБОУ ВПО РГАТУ на 2011...2015 гг. по теме «Совершенствование технологических процессов, разработка и повышение надежности технических средств возделывания, уборки, транспортировки и хранения сельскохозяйственных культур в условиях ЦФО РФ» (номер гос. регистрации 01201174432) и согласуется с распоряжением Председателя Правительства РФ Д.А. Медведева №1233-р «Инновационное развитие производства картофеля и топинамбура на 2012-2015 годы».

Цель исследований. Повышение эффективности технологического процесса машинной уборки картофеля путем совершенствования рабочих органов сепарации.

Объект исследований. Технологический процесс сепарации

клубненосного вороха и усовершенствованный рабочий орган для его

осуществления.

Предмет исследований. Теоретические и экспериментальные

закономерности протекания технологического процесса сепарации

клубненосного вороха в картофелеуборочных машинах.

Научная новизна работы состоит в:

- методике обоснования конструктивных параметров
усовершенствованного рабочего органа сепарации;

- разработке зависимости, характеризующей взаимосвязь повреждений
клубней от конструктивных параметров разработанного рабочего органа
сепарации, а также от скорости движения машины и показателя урожайности
клубней;

- математической модели вероятностной оценки наступления
технологического отказа усовершенствованного рабочего органа сепарации в
зависимости от конкретных условий и режимов эксплуатации
картофелеуборочных машин.

Практическая значимость результатов исследований заключается в:

- оригинальной конструктивно-технологической схеме
усовершенствованного рабочего органа сепарации (патент на п.м. № 129345),
оборудованного ограничителями контакта клубней с рамой
картофелеуборочных машин;

- результатах оценки агротехнических и технико-экономических
показателей работы картофелеуборочных машин, оснащенных
усовершенствованным рабочим органом сепарации;

- расчетных данных технико-экономического обоснования использования
усовершенствованного рабочего органа сепарации в конструкциях
картофелеуборочных машин.

Методы исследования. Теоретические исследования производились по оригинальным методикам, базирующимся на фундаментальных основах теоретической механики, сопротивления материалов, а также теории вероятности и математической статистики. Лабораторно-полевые испытания были выполнены по плану многофакторного эксперимента. Обработка экспериментальных данных осуществлялась методом многофакторного корреляционно-регрессионного анализа в соответствии с СТО АИСТ 1.17–2010 при помощи программ «STATISTICA 6.0» и «MathCAD 15». Оценка объектов исследований при проведении полевых и лабораторно-полевых испытаний производилась согласно ГОСТ 20915-2011, ГОСТ Р 54781-2011, ГОСТ Р 52778-2007, ГОСТ Р 54784-2011, а также СТО АИСТ 8.5-2010.

На защиту выносятся следующие основные положения:

- усовершенствованный рабочий орган сепарации картофелеуборочных
машин;

- методика обоснования характеристик упругих элементов
усовершенствованного рабочего органа сепарации;

- математическая модель вероятностной оценки наступления
технологического отказа усовершенствованного рабочего органа сепарации в
зависимости от конкретных условий и режимов эксплуатации

картофелеуборочных машин;

- зависимость, полученная на основе экспериментальных исследований и
характеризующая взаимосвязь повреждений клубней от конструктивных
параметров разработанного рабочего органа сепарации, а также от скорости
движения уборочной машины и показателя урожайности клубней;

- результаты полевых исследований картофелеуборочных машин,
оснащенных усовершенствованным рабочим органом сепарации.

Реализация результатов исследования. Усовершенствованные рабочие органы сепарации были изготовлены и прошли опытную проверку в 2011…2013 гг. на полях ООО «Урожайное» Михайловского района и СПК «Нива» Новодеревенского района Рязанской области на общей площади более 170 га.

Личный вклад автора состоит в обобщении теоретических и
экспериментальных результатов исследований, проведенных как

самостоятельно, так и в соавторстве. При этом автору принадлежит: участие в постановке цели, формулировании задач аналитических и экспериментальных исследований, проведение лабораторно-полевых исследований, обработка результатов и их интерпретация, участие в написании статей и выводов по ним.

Апробация результатов. Результаты диссертационной работы

докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях
профессорско-преподавательского состава Рязанского ГАТУ (2011…2014 гг.),
Третьем Международном форуме по интеллектуальной собственности
«EXPOPRIORITY`2011» (г. Москва, 2011 г.), международной научно-
практической конференции «Переработка и управление качеством
сельскохозяйственной продукции» Белорусского ГАТУ (г. Минск, 2013 г.),
международной научно-практической конференции профессорско-
преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов «Научное
обеспечение и развитие АПК в условиях реформирования» Санкт-
Петербургского ГАУ (СПб., 2013 г.), Всероссийском конкурсе на лучшую
научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых вузов МСХ
России (г. Саратов, 2013 г.), международной научно-технической конференции
«Система технологий и машин для инновационного развития АПК России»
Всероссийского научно-исследовательского института механизации сельского
хозяйства (г. Москва, 2013 г.), VII-й международной научно-практической
конференции «Наука и образование ХХI века» Современного технического
института (г. Рязань, 2013 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 12
научных работах, в том числе 6 – в рецензируемых изданиях, рекомендованных
ВАК РФ для публикации результатов диссертационных работ на соискание
ученых степеней кандидата и доктора наук, 5 - в сборниках по итогам
международных научно-практических конференций и 1 в сборнике тезисов
докладов региональной конференции молодых ученых. Общий объем
публикаций составил , из них лично соискателю принадлежит

По теме диссертационной работы получено 2 патента РФ: на полезную

модель и на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 135 наименований, в том числе 10 на иностранных языках, и приложений. Работа изложена на 138 страницах текста, содержит 16 таблиц и 41 рисунок.

Конструктивные решения, применяемые в современных картофелеуборочных машинах

Вопросом повреждений клубней в процессе их машинной уборки занимались многие учёные, среди которых: Л.П. Безруцкий, Н.И. Верещагин, С.А. Герасимов, В.П. Горячкин, Н.Н. Колчин, М.Ю. Костенко, С.Н. Борычев, И.А. Успенский, М.И. Ламм, А.В. Заводнов и другие [6, 9, 10, 16, 17, 18, 24, 25, 30, 31, 32, 43, 53, 59, 65, 75].

В своих работах С.А. Герасимов, А.В. Заводнов и др. указывали следующее распределение видов повреждений клубней при машинной уборке картофеля (рис. 2.1), где подавляющее их большинство возникает от взаимодействия с неупругими поверхностями рабочих органов, например, с боковиной рамы комбайна (рис. 2.2). В связи с чем дальнейшее развитие уборочной техники непосредственно связано с устранением или частичной ликвидацией данного негативного фактора.

Одним из возможных способов снижения продукции на сепарирующих устройствах картофелеуборочных машин является использование упругих материалов в качестве покровного слоя жестких поверхностей рабочих органов. Например, резиновое покрытие металлических прутков элеваторов в случае прямых ударов клубней значительно компенсирует их силу за счет упругих деформаций (как самого клубня, так и покрытия рабочего органа), тем самым снижая повреждения [6, 8].

В ходе исследований Н.В. Бышова, И.А. Успенского, С.Н. Борычева и других сотрудников ФГБОУ ВПО Рязанского ГАТУ был разработан и запатентован [28, 89, 110] рабочий орган сепарации картофелеуборочных машин, представленный на рисунке 2.3. Основная задача рассматриваемого изобретения состоит в снижении повреждений клубней при машинной уборке картофеля.

При работе данного [89] органа сепарации клубень взаимодействует с упругими элементами пруткового элеватора . Боковая поверхность упругих элементов имеет основание в форме овала с радиусом скругления в точке соприкосновения, а клубень шарообразную форму с радиусом . В этом случае площадка контакта клубня и упругого элемента имеет форму эллипса [120], причем давление будет достигать наибольшего значения в центре площадки, но по величине оно не должно превышать величины максимально допустимого контактного напряжения , при котором клубень будет получать повреждения выше агротехнических требований [42, 93].

В соответствии с теорией Герца давление в эпицентре контакта при данной постановке задачи равно [120]: 3_ №\ (2.1) где Yj - сумма главных скруглений соприкасающихся тел, .

- упругая постоянная соприкасающихся тел;

- сжимающее усилие, ;

- коэффициент кривизны.

В связи с тем, что боковая поверхность упругих элементов в точке соприкосновения имеет радиус , а клубень имеет форму шара с радиусом [120], то сумма главных кривизн соприкасающихся тел выглядит следующим образом [89]:

Учитывая, что соприкасающиеся тела (клубень и упругий элемент 4) изотропны, и их свойства описываются двумя парами параметров (модулями Юнга и коэффициентами Пуассона), то упругая постоянная соприкасающихся тел равна [89, 120]: V Z. (2.3) где – коэффициент Пуассона упругого элемента;

– модуль Юнга упругого элемента, ;

– коэффициент Пуассона клубня;

– модуль Юнга клубня, .

Таким образом, напряжение сжатия клубня найдем: Принимая во внимание, что ( ) возможно осуществлять выбор рациональных конструктивных параметров и материала упругих элементов пруткового элеватора с необходимыми физико механическими свойствами, одновременно учитывая физико-механические свойства клубней данного сорта или степень зрелости [9, 42], а также оптимизировать величину подачи вороха на прутковый элеватор , исходя из максимально допустимого значения силы сдавливания [89].

Использование данного устройства позволит повысить равномерность распределения картофелесодержащего вороха по поверхности рабочего органа сепарации, а также снизить повреждение клубней [89, 91]. Оно является универсальным и может использоваться на любых картофелеуборочных машинах.

Рассмотренная выше конструктивно-технологическая схема помимо неоспоримых преимуществ перед аналогами имеет ряд существенных недостатков [46, 89, 91]. Главным недостатком является возможность забивания компонентами клубненосного вороха пространства между боковинами рамы и упругими элементами, что приводит к необходимости периодической очистки, а следовательно, снижает эксплуатационную производительность устройства.

Поэтому наша задача заключается в ограничении взаимодействия клубней с жесткими поверхностями боковин рамы картофелеуборочных машин за счет внедрения в конструкцию рабочих органов сепарации упругих элементов трапециевидной формы и обеспечения возможности их самоочистки в процессе работы. 2.2 Конструктивно-технологическая схема усовершенствованного рабочего органа сепарации С целью повышения эксплуатационной производительности картофелеуборочной машины и снижения повреждений клубней предлагается конструктивно-технологическая схема рабочего органа сепарации (Приложение 1), содержащего полотно пруткового элеватора с установленными на него упругими элементами ограничения контакта клубней с жесткими боковинами рамы (рис. 2.4) [28, 46, 85]. Рабочий орган сепарации картофелеуборочной машины содержит установленное на раме полотно просеивающего пруткового элеватора (рис. 2.4), и упругие элементы ограничения контакта клубней с боковинами , выполненные в виде эластичных прутков, которые расположены вдоль полотна элеватора , с его боков параллельно раме и симметрично относительно его центра. Упругие элементы ограничения контакта клубней с боковинами рамы закреплены консольно на внешней стороне элеватора между его прутками и имеют основание в форме равнобедренной трапеции, причем большее основание трапеции направлено в сторону центра элеватора. Принцип действия устройства состоит в следующем [46, 85]. Клубненосный ворох (рис. 2.4) с подающего транспортера поступает на полотно просеивающего пруткового элеватора . По мере продвижения по прутковому элеватору часть вороха смещается к его краям, но это смещение ограничивается упругими элементами , расположенными вдоль полотна элеватора с его боков параллельно раме и симметрично относительно его центра. Для снижения возможности попадания отдельных компонентов клубненосного вороха в пространство между боковинами рамы и упругими элементами последние закреплены консольно к внешней стороне элеватора между его прутками (рис. 2.5).

Обоснование конструктивных параметров усовершенствованного рабочего органа сепарации

При эксплуатации картофелеуборочной техники эффективность выполнения работ оценивается соответствием следующих основополагающих показателей агротехническим требованиям [103]:

- повреждение клубней по массе;

- потери клубней;

- чистота картофельного вороха.

Наступление технологического отказа рабочего органа или машины в целом характеризуется превышением хотя бы одного из вышеперечисленных показателей установленных границ АТТ.

Для оценки вероятности появления технологического отказа вследствие превышения предельно допустимого значения повреждений клубней по массе воспользуемся интегральной функцией Лапласа [27, 109]: где - нижняя граница повреждений клубней; - верхняя граница повреждений клубней; - количество исследуемых клубней, . - вероятность повреждения клубня массой ; Количество исследованных клубней найдем из выражения: где - исследуемое количество клубней, . - условно принятая масса клубня, . Для определения возможности получения повреждения отдельного клубня воспользуемся формулой полной вероятности [27, 109]: где - вероятность появления клубня -го диапазона; - вероятность повреждения клубня -го диапазона. События образуют полную группу, а их сумма вероятностей равна: (2.62)

Конкретные значения получаем в ходе проведения лабораторно-полевых исследований массовых характеристик конкретного сорта картофеля. Число характеризует максимально возможное количество диапазонов варьирования массы клубня.

Примем значение вероятности повреждения клубня определенной массы ( ) как вероятность превышения допустимой на него нагрузки [22]:

– допустимое значение нагрузки -го диапазона, ; – действующее значение нагрузки на клубень, . Подставив выражения (2.59-2.63) в уравнение (2.58), получим:

Для окончательного определения вероятности воспользуемся таблицей значений интегральной функции Лапласа.

При определении вероятности превышения показателя «потери клубней» акцентируем внимание на сгруживание картофельного вороха с элеватора уборочной машины.

В этом случае необходимо определить, какое количество вороха подается ежесекундно на элеватор и его предельно-допустимую пропускную способность. — , (2.65) где - подача клубнесодержащего вороха, - допустимое значение пропускной способности элеватора, /.

Допустимое значение пропускной способности элеватора определяется из условия, что высота подаваемого вороха не должна превышать размеры упругих элементов. В противном случае отдельные клубни беспрепятственно смогут попадать в пространство между ограничителями и рамой уборочной машины, что приведет к резкому повышению показателя повреждений продукции. . (2.66) где - линейная скорость усовершенствованного элеватора, /;

- расстояние между рядами упругих элементов (активная ширина сепаратора), .

Между этапами подкопа и попадания на исследуемый элеватор ворох в процессе сепарации теряет часть своей массы за счет удаления примеси. Исходя из этого, в формулу объема подаваемого вороха добавится соответствующий коэффициент:

Согласно работам М.Б. Угланова, К.А. Бузаева и др. [12, 104, 118] профиль подкопанной грядки картофеля, поступающий на первый элеватор, имеет форму синусоиды (рис. 2.12), а следовательно, площадь находится через определенный интеграл вида:

Для определения коэффициента рассмотрим процесс изменения объема вороха при прохождении предшествующих рабочих органов. Получим следующую зависимость: где - объем вороха после рабочего органа сепарации, ; - объем подкапываемого вороха,. Объем подкапываемого вороха найдем как: Окончательно получим, что вероятность превышения показателя «потери клубней» равна:

Для выявления возможности появления технологического отказа вследствие превышения показателя «чистота картофельного вороха» необходимо определить сепарирующую способность усовершенствованного рабочего органа. В этом случае воспользуемся экспериментально-аналитической методикой расчета основанной на работах Н.В. Бышова, А.А. Сорокина, И.А. Успенского и др. [14, 95]. Для этого рассмотрим изменение подачи примесей по длине сепаратора.

Обработка и анализ полученных результатов исследований

При обработке и анализе результатов лабораторно-полевых испытаний (табл. 3.2) было установлено, что размещенные на рабочем органе сепарации упругие элементы ограничения контакта клубней с рамой не оказывали существенного влияния на такие показатели работы установки, как потери клубней и чистота картофельного вороха (отклонения в показателях не превышали [37], а следовательно, характеризовались как погрешность эксперимента). В связи с чем дальнейшее исследование этих процессов является нецелесообразным (данное суждение применимо лишь в конкретном случае – при пониженной влажности почвы). Наиболее адекватным уравнением регрессии, характеризующим процесс повреждений клубней, оказалось экспоненциальное, так как коэффициент множественной корреляции наиболее близок к единице ( ) и средняя ошибка аппроксимации минимальна ( ). По результатам анализа существенно влияющими на повреждения клубней повр оказались все изучаемые факторы. Окончательно полученное уравнение регрессии выглядело следующим образом: ( ), (3.31) Для практического применения уравнения округлим значения коэффициентов до тысячных: Воспользуемся полученным уравнением регрессии для определения оптимальных конструктивных параметров элементов рабочего органа сепарации. Построим график зависимости высоты упругого элемента от площади его основания (рис. 3.5). Рассмотрим наиболее неблагоприятный случай, когда скорость движения установки максимальна (скорость, при которой на усовершенствованном картофелекопателе в условиях пониженной влажности наблюдался технологический отказ по исследуемому показателю АТТ) и средним значением урожайности клубней картофеля в регионе [99]. В итоге был получен следующий график. Исходя из графика, представленного на рисунке 3.5, для соблюдения регламентированного значения повреждений клубней (в тяжелых условиях он составляет 10% [93]) и минимизации площади основания упругого элемента обоснованным решением является принятие максимально допустимой его высоты равной , значение которой определяется конструктивными особенностями уборочной техники.

Определив максимальную высоту необходимо уточнить минимальное значение площади основания упругого элемента. В этом случае воспользуемся выражением (3.32) и построим следующий график зависимостей (рис. 3.6).

Для этого были использованы следующие значения независимых факторов: максимальная скорость движения установки , высота упругого элемента , а также некоторые значения урожайности клубней (средняя и максимальная урожайности клубней в регионе [78, 99]). Наибольший интерес представляет область, ограниченная кривыми и , так как данная постановка задачи наиболее приближена к реальным условиям. В этом случае для обеспечения максимально допустимого значения повреждений клубней необходимо использовать упругие элементы с площадь основания в пределах от при среднем значении диапазона варьирования, равного . Расхождение с результатами теоретических исследований составило , что соответствует пределам погрешности измерений. На рисунке 3.7 представлены результаты лабораторно-полевых испытаний серийного картофелекопателя КТН-2В, а также экспериментальной установки, оснащенной усовершенствованным рабочим органом сепарации. Применение упругих элементов трапециевидной формы в конструкции рабочего органа сепарации позволило добиться снижения повреждений клубней при максимальном скоростном режиме на (с на серийном КТН-2В до на усовершенствованном картофелекопателе). Погрешность измерений не превышала , что соответствует требованиям ГОСТ Р 54784-2011 [37].

Полученные в ходе исследований данные подтверждают рациональность применения разработанного рабочего органа сепарации, позволяющего снизить показатель повреждений клубней в условиях пониженной влажности до значений агротехнических норм.

1. В ходе лабораторно-полевых исследований установлено, что усовершенствованный рабочий орган сепарации картофелеуборочных машин снижает повреждения клубней при тяжелых условиях работы в среднем на , при этом обеспечивается выполнение агротехнических требований по остальным показателям.

2. По результатам проведенных лабораторно-полевых исследований получена математическая модель, характеризующая взаимосвязь повреждений клубней от конструктивных параметров разработанного рабочего органа сепарации, а также от рабочей скорости установки и показателя урожайности клубней.

3. Уточнены конструктивные параметры упругих элементов рабочегооргана сепарации: его высота равна , а площадь основания составила

Результаты полевых исследований

В результате исследований были получены данные о массовых и количественных характеристиках как кустов (табл. 4.1), так и отдельных клубней (табл. 4.2) сортов картофеля «Сантэ», «Рэд Скарлетт». Данные по клубням сорта «Рэд Скарлетт» приведены на рис. 4.5 и составили: средняя длина – при ; средняя ширина – при ; средняя толщина – при , где , , - среднеквадратичные отклонения габаритных размеров клубней. Картофелеуборочные машины, оснащенные усовершенствованным рабочим органом сепарации, показали более высокие технико-эксплуатационные показатели работы, чем серийные модели (табл. 4.3).102 При испытаниях усовершенствованного комбайна DR-1500 на темно-серой

лесной почве с влажностью доля поврежденной продукции составила против на серийной машине. Изменения чистоты картофельного вороха и потерь клубней не выходили за пределы погрешности измерений. В ходе испытаний усовершенствованного комбайна AVR 220 на выщелоченном черноземе с влажностью доля поврежденной продукции составила , а на серийной машине . Качество сепарации картофельного вороха и потери клубней можно отнести к погрешности измерений. Обобщенные данные хозяйственных испытаний серийных и усовершенствованных картофелеуборочных машин приведены в таблице 4.4. Применение разработанного рабочего органа сепарации на картофелеуборочной машине DR-1500 и AVR 220, позволило добиться снижения повреждений клубней на и соответственно (основную долю повреждений составили повреждения кожуры клубня). При этом качество отделения почвенных примесей на исследуемых машинах не претерпело значительных изменений (в первом случае падение искомого показателя составило , во втором – 0.4 %). Полевые испытания усовершенствованных картофелеуборочных машин подтвердили эффективность использования разработанного рабочего органа сепарации.

1. Установлено, что у усовершенствованного картофелеуборочного комбайна DR-1500 по сравнению с серийной моделью снизились повреждения клубней с до (разница составила ), а также чистота картофельного вороха с до (разница в ), при неизменном показателе потерь клубней.

2. В ходе полевых исследований установлено, что использование усовершенствованного рабочего органа сепарации на комбайне AVR 220 позволило снизить повреждений клубней на при незначительном падении качества сепарации почвы.

3. Определено, что применение усовершенствованных рабочих органов сепарации на комбайнах DR-1500 и AVR 220 позволило создать предпосылки к повышению эксплуатационной скорости машин с до и с до , а, следовательно, увеличить производительность с до и с до соответственно при соблюдении АТТ к качеству выполнения уборочных работ.

Похожие диссертации на СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И РАБОЧЕГО ОРГАНА СЕПАРАЦИИ КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНЫХ МАШИН