Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации

Сельского хозяйства

 

ДИССЕРТАЦИЯ

 

на соискание ученой степени

доктора технических наук

 

 

научный консультант – заслуженный работник высшей школы РФ, доктор технических наук, профессор Жилкин В.А.

 

 

 

Челябинск

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 6

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ 8

1.1. Тенденции развития картофелеводства и условия

возделывания картофеля 8

1.2. Анализ научных исследований и пути совершенствования

технологии возделывания картофеля 17

1.3. Анализ технических средств предпосадочной обработки

почвы 32

1.3.1. Определение тягово-энергетических показателей

почвообрабатывающих машин 36

1.4. Технологические схемы и технические средства внесения

удобрений и исследования по их совершенствованию 41

1.4.1. Технология сплошного внесения удобрений 43

1.4.2. Внутрипочвенное внесение твердых органических

удобрений под пропашные культуры 45

1.5. Обоснование выбора типа рабочего органа для

высева органических удобрений 48

1.6. Постановка проблемы и задачи исследований 53

2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ МОДЕЛИ ОЦЕНКИ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ

И УБОРКИ КАРТОФЕЛЯ 57

2.1. Системный анализ технологических процессов возделывания

и уборки картофеля 57

2.2. Обобщенная модель технологии возделывания и уборки

картофеля 67

2.3 Анализ и оценка технологий возделывания и уборки

картофеля 68

2.3.1. Структурная модель технологии обработки почвы

и внесения удобрений 72

2.3.2 Показатели, характеризующие эффективность

процесса обработки почвы и внесения удобрений 85

2.4 Функциональный анализ процесса обработки почвы 90

2.5 Функциональный анализ процесса внесения удобрений 93

Выводы 96

3. Обоснование параметров и режимов работы

рабочих органов для предпосадочной обработки

почвы и внесения удобрений. 98

3.1 Обоснование параметров и режимов работы рабочего

органа фрезерного почвообрабатывающего орудия. 98

3.1.2. Кинематика рабочего органа фрезерного барабан 100

3.1.3. Определение усилий на рабочий орган от

сопротивления почвы 107

3.1.4. Определние энергетического КПД тягово-приводного

агрегата 119

3.1.5. Обоснование параметров гряды 130

3.2. Обоснование параметров бесприводного ротационного

рабочего органа 135

3.2.1. Определение уравнения движения точки пальца

бесприводного рабочего органа с наклонной осью вращения 135

3.2.2. Обоснование конструктивных параметров бесприводного ротационного рабочего органа 140

3.2.3. Силы сопротивления почвы, действующие на палец

бесприводного ротационного рабочего органа 146

3.2.4. Определение тягового сопротивления бесприводного ротационного рабочего органа 151

3.3. Обоснование параметров вибровысевающего устройства для

внутрипочвенного внесения удобрений 153

3.3.1. Общие предпосылки к изучению процесса движения

удобрений по рабочему органу 153

3.3.2. Кинематические характеристики вибровысевающего

устройства 159

3.3.3. Определение средней скорости перемещения

органических удобрений 167

3.3.4. Производительность вибрационного высевающего

устройства 174

3.3.5. Оценка равномерности высева удобрений и

определение параметров вносимой ленты удобрений 176 Выводы 179

ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ПОЛЕВЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 181

4.1. Характеристика условий проведения экспериментальных

исследований 181

4.2. Приборы, измерительная аппаратура и оборудование для экспериментальных исследований 184

4.3. Результаты испытаний рабочих органов для предпосадочной

обработки почвы 192

4.3.1. Результаты экспериментальных исследований

грядообразователя фрезерного типа 192

4.3.2. Результаты экспериментальных исследований

бесприводного ротационного рабочего органа 198

4.4. Результаты тягово-энергетических испытаний

экспериментальных машин 207

4.5. Агрегат для внутрипочвенного внесения твердых

органических удобрений 217

4.5.1. Физико-механические свойства твердых органических

удобрений 217

4.5.2. Результаты исследования влияния параметров рабочего

органа на процесс высева 219

4.5.3. Равномерность распределения ленты удобрений 236

4.5.4. Агротехнические требования, предъявляемые к

устройствам для внутрипочвенного внесения удобрений 239

4.6. Результаты агротехнической оценки МТА с эксперимен-

тальными рабочими органами. 240

4.6.1. Показатели качества предпосадочной подготовки почвы. 240

4.6.2. Результаты агротехнической оценки работы

картофелеуборочных машин 249

Выводы 252

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

И РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 255

5.1. Сравнительная оценка технологии возделывания

картофеля 255

5.2. Проектирование энергосбергающих технологий в

картофелеводстве 260

5.3. Методика комплексной энергетической оценки структур

и технологий производства картофеля 262

5.3.1. Составляющие совокупных энергозатрат 262

5.3.2. Расчеты топливных энергозатрат МТА 264

5.3.3. Расчеты энергозатрат живого труда 264

5.3.4. Расчеты энергозатрат овеществленного труда при

использовании машинно-тракторного агрегата 265

5.3.5. Расчеты энергозатрат на посадочный материал 267

5.3.6. Расчеты энергозатрат на удобрения 268

5.4. Расчеты энергозатрат по группам технологий. 269

5.5. Технико-экономическая оценка технологий

производства картофеля 277

5.6. Эксплуатационно-технологическая и топливно-

энергетическая оценка внутрипочвенного внесения удобрений 279

5.7. Экологическая оценка внутрипочвенного внесения

органо-минеральных удобрений 284

5.8. Рекомендации производству 285

Общие выводы 289

Список литературы 291

Прииложения 307

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

НПЦ – научно-производственный центр;

ЧГАУ – Челябинский государственный агроинженерный университет;

- хозяйственная годность семян;

- чистота семян;

- всхожесть семян;

- посевная годность;

- плотность;

- высота свода;

- диаметр отверстия;

- коэффициент внутреннего трения;

- расход сыпучего материала;

- коэффициент расхода зерна, зависящий от его объемного веса и плотности укладки;

- площадь отверстия;

- радиус отверстия;

- средняя скорость истечения сыпучего материала;

- предельный расход посадочного материала;

- центробежная сила;

- центробежная сила инерции;

- кориолисова сила;

- кориолисова сила инерции;

- вес материальной частицы;

- нормальная реакция опорной стальнеой поверхности;

- нормальная реакция окружающей среды;

- сила трения о стальную поверхность;

- сила трения об окружающую среду;

- угол подъема винтовой линии;

- угол между образующей и осью конической поверхности;

- угловая скорость конической и винтовой поверхности;

- радиус винта;

- полная длина винтовой спирали;

- полное время прохода семени по винтовой спирали;

- радиус сечения витка винтовой спирали;

- средний радиус поперечного сечения семени;

, , - подвижная система координат.

 

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Правительство РФ обозначило основные направления развития аграрного сектора, отраженные в приоритетных национальных проектах, предусматривающие повышение эффективности сельскохозяйственного производства, в частности, производства картофеля. За последние пятнадцать лет произошло снижение валового сбора картофеля почти в три раза [6,3]. Это требует кардинальных мер, связанных с необходимостью совершенствования структуры посевных площадей, сохранения плодородия почвы, улучшения качества обработки почвы и посевного материала, внедрения прогрессивных технологий возделывания и т.д. При уборке картофеля комбайнами 35-45% клубней повреждаются, а количество почвы в таре колеблется от 10 до 50% [3,19, 20, 33, 69].

Увеличение урожайности картофеля является основной целью при решении большинства задач, связанных с усовершенствованием технологических процессов и рабочих органов сельскохозяйственных машин.

Для удовлетворения потребностей государства картофелем необходимо довести урожайность до 200…250 и более центнеров с гектара, причем с наименьшими затратами ручного труда. Затраты на возделывание картофеля составляют на один гектар площади 150…400 чел.ч. вместо возможных 50…60 чел.ч. и на один центнер продукции - 4,0…6,5 чел.ч. вместо 0,5…0,6 чел.ч.[3,6] Основной причиной высоких затрат труда на производство единицы продукции является значительная доля ручного труда при уборке картофеля ввиду не эффективного использования механизированных способов уборки.

Исследования [1,14,15,20,140,154,208] рабочих органов почвообрабатывающих машин, применяемых в современной технологии производства картофеля, показывают, что значительная часть их не отвечают агротехническим требованиям. Для них характерно низкое качество выполнения технологического процесса обработки почвы. Агротехнические приемы по технологии возделывания и уборке картофеля состоят из нескольких последовательно выполняемых технологических процессов: основная и предпосадочная обработка почвы, внесение удобрений, посадка, уход за посадками, уборка урожая. Некачественное выполнение хотя бы одного из элементов этих операций в конечном итоге приводит к увеличению энерго- и трудозатрат и снижению урожая.

Анализ работ [1,14,22,30,32,43,67,71,73,107,108] показывает, что качество выполнения агротехнических приемов по возделыванию и уборки картофеля можно повысить путем модернизации существующих и создания новых рабочих органов. Сокращение затрат на энергоресурсы возможно путем совершенствования технологий внесения и заделки удобрений в почву, предпосадочной обработки почвы, качество выполнения которых определяет сокращение количества операций по уходу за посадками и повышает эффективность работы картофелеуборочных комбайнов.

Задача создания новых и модернизации существующих рабочих органов машин для возделывания и уборки картофеля с целью повышения качества выполнения технологических операций, снижения расхода энергоресурсов и затрат ручного труда является актуальной.

Настоящая работа направлена на решение важной народнохозяйственной проблемы - повышение эффективности возделывания картофеля за счет использования научно - обоснованных технологических приемов и технических средств для предпосадочной подготовки почвы и внутрипочвенного внесения органо-минеральных удобрений.