Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций
Каталог

Обратная связь

Я ищу:

Содержимое электронного каталога российских диссертаций

Диссертационная работа:

Алатырев Сергей Сергеевич. Научно-методические основы и средства адаптирования машин для уборки капусты к изменяющимся условиям функционирования : диссертация ... доктора технических наук : 05.20.01.- Чебоксары, 2005.- 397 с.: ил. РГБ ОД, 71 05-5/745


Для получения доступа к работе, заполните представленную ниже форму:


*Имя Отчество:
*email



Содержание диссертации:

^ ВВЕДЕНИЕ 6

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 16

  1. Анализ технологий и средств механизированной уборки белокочанной капусты 16

  2. Тенденция развития рабочих органов капустоуборочных машин..,.3, 52

  1. Срезающие механизмы 52

  2. Устройства для отвода кочанов из зоны резания 61

'Ijty 1.2.3. Отделители сопутствующих отходов 63

  1. Особенности механизированной уборки белокочанной капусты в современных условиях 66

  2. Постановка задач исследований 69

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КАПУСТО-
УБОРОЧНОЙ МАШИНЫ, АДАПТИРУЕМОЙ К УСЛОВИЯМ
ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ . 71

2.1. Обоснование схемы адаптирования капустоуборочной

, „ машины.., 71

1* 2.2. Экологические аспекты машинной уборки белокочанной

капусты 73

2.3. Моделирование и анализ рабочего процесса машинной
уборки капусты 78

2.3.1. Анализ процесса выравнивания растений капусты

перед срезом 83

2.3.2. Моделирование процесса взаимодействия растения

Ф U* капусты с режущим устройством 86

2.3.3. Анализ процесса транспортирования кочанов капусты

из зоны резания 98

2.4. Основы теории применения колеблющейся рабочей

поверхности в капустоуборочных машинах 102

2.5. Анализ процесса копирования рельефа поля срезающим
аппаратом 116

3. РАЗРАБОТКА И ОПТИМИЗАЦИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ К
АДАПТИРУЕМОЙ КАПУСТОУБОРОЧНОИ МАШИНЕ. ОБОСНО
ВАНИЕ СХЕМЫ МАШИНЫ И ТЕХНОЛОГИИ ЕЕ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 123

3.1. Разработка срезающих аппаратов 123

3.1.1. Оптимизация параметров механизма привода

лифтеров и ножей 133

ЗЛ.2. Обоснование кинематических параметров
транспортирующего устройства 138

3.2. Разработка отделителей сопутствующих отходов 146

3.2.1. Обоснование угла наклона стола отделителя

отходов 149

3.2.2. Выбор параметров затягивающих вальцов 151

3.3. Разработка технологической емкости. Элементы ее

расчета 152

3.4. Устройства для оптимального копирования рельефа поля

и методика их расчета 155

3.4.1. Обоснование формы и параметров опорных

лыж 163

3.5. Выбор схемы машины и вариантов ее применения 166

3.5.1. Обоснование объема технологической

емкости 175

4. МЕТОДИКА И СРЕДСТВА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ 181

  1. Программа экспериментальных исследований 181

  2. Оборудование и методика исследования некоторых физико-механических свойств растения капусты и его

элементов 182

4.3. Лабораторное оборудование и методика исследования 193

  1. Методика исследования процессов выравнивания и срезания кочанов капусты 200

  2. Методика исследования влияния параметров срезающего аппарата на качество обрезки 202

  3. Методика исследования процесса транспортирования вороха капусты из зоны резания 205

  4. Методика исследования влияния режимов работы отделителя отходов на товарность и повреждаемость

кочанов 207

4.4. Полевые установки и особенности методики полевых
исследований 214

  1. Методика полевых исследований 219

  2. Методика эксплуатационно-технологической оценки машины в производственных условиях 225

4.4.3. Методика исследования энергозатрат 229

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 231

5.1. Некоторые физико-механические свойства растений

капусты 231

  1. Сопротивление кочанов качению по ровной поверхности 231

  2. Сопротивление растений капусты к отгибу и тереблению 236

  3. Упругие свойства кочерыг 240

  4. Оценка адекватности физической модели и растений капусты 243

5.2. Анализ процессов выравнивания и срезания кочанов

капусты 245

5.3. Влияние основных параметров срезающего аппарата на

5
качество обрезки 250

  1. Влияние параметров транспортирующего устройства на процесс отвода вороха капусты из зоны резания 256

  2. Влияние режимов работы отделителя отходов на выход товарной продукции и повреждаемость кочанов 262

  3. Агротехнические, эксплуатационно-технологические и энергетические показатели капустоуборочной машины в адаптируемых вариантах 266

6. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА
РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 275

  1. Реализация результатов исследований на практике 275

  2. Показатели экономической эффективности 282

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 292

ЛИТЕРАТУРА 298

ПРИЛОЖЕНИЯ 321



Введение диссертации:

Актуальность исследования. Овощеводство играет важную роль в решении продовольственной проблемы страны, но является трудоемкой отраслью сельского хозяйства [76, 111, 151]. В этой связи во многих странах мира обращают пристальное внимание на его техническое вооружение [97, 119,124,146,182].

В России к концу 80-х годов в основном была решена проблема механизации процессов возделывания и уборки основных овощных культур. Уровень механизации в отрасли овощеводства достигал 75% [126], Для возделывания и уборки основных овощных культур были разработаны комплексы машин.

Это стало возможным благодаря самоотверженному труду коллективов НИИОХ, ВИСХОМ, НИПТИМЭСХ НЗ РСФСР, УкрНИИМЭСХ, ВНИИОБ, конструкторов ГСКБ по машинам для овощеводства (г. Москва), ученых многих вузов и инженеров машиноиспытательных станций.

Велик личный вклад в деле механизации уборочных процессов в отрасли овощеводства ученых и конструкторов Бакулева Л. С, Хвостова В. А., Колчина Н. Н., Тихонова Н. И., Молокова Б. М., Попова А. А., Рейнгарта Э. С, Бекетова П. В., Шайманова А. А., Романовского Н. Н., Романовского Н. В., Землянова Л. С, Сивашинского И. И., Крутских Б. Н., Егорова И. Н., Орлова В. А., Шумера А. Р., Савченко И. Ф.,Ларюшина Н. П., Максимова Л. Н, Белова В.В. и др.

В ходе экономических реформ 90-х годов и позже положение с оснащением овощеводства машинами не улучшилось [87,89]. Наоборот, в период формирования в сельском хозяйстве рыночных отношений обострились вопросы эффективного использования технических средств в овощеводстве [101]. Разработанные ранее технологии и технические средства для уборки овощей в современных динамично изменяющихся условиях стали экономически невыгодными, экологически опасными [126].

*

Это объясняется тем, что в течение многих лет бытовала тенденция разрабатывать технологии и технические средства для уборки овощей под стабильные условия их функционирования. В результате разработанные технологии и технические средства оказались не приспособленными к современным динамично изменяющимся условиям, следовательно, недостаточно эффективными в современных условиях.

В этой ситуации некоторые ученые считают необходимым дать приоритет иностранным компаниям [89,126]. Однако, как показывает практика, использование иностранной техники в агроклиматических ландшафтах нашей страны не всегда возможно технологически и экономически выгодно [131, 146]. Поэтому они не находят широкого применения у овощеводов. В настоящее время в большинстве случаев овощную продукцию убирают вручную. Это обстоятельство отрицательно сказывается на развитии отрасли и ее экономике. Так, себестоимость производства овощей растет из года в год. В последние годы рентабельность производства овощей не превышает 20% [126], а во многих регионах эта отрасль является убыточной, что не позволяет вести рациональное воспроизводство. В то же время уровень производства овощей по отношению к норме потребления составляет в настоящее время в России лишь около 70% [100].

Задача дальнейшего повышения уровня обеспеченности населения
овощами, особенно жителей крупных промышленных центров может быть
решена, прежде всего, при увеличении товарного производства основных
овощных культур, в частности белокочанной капусты, так как она занимает
одно из первых мест среди овощей на большей части территории России [77,
91, 125, 129]. Однако дальнейшее увеличение объемов производства капусты
в современных условиях не, представляется возможным без экономически
$ j оправданных и экологически безопасных технических средств.

В этой связи создание эффективной экологически безопасной тех-нологии и технических средств для уборки капусты, адаптируемых к изменяющимся условиям функционирования, стало актуальной в ово-

.8 щеводстве научно-технической проблемой, имеющей важное хозяйственное значение [17, 21, 22,170].

Следует заметить, что обозначенная в работе проблема в настоящее время не оставляет равнодушными многих ученых. Подтверждением тому является формирование в настоящее время в отрасли овощеводства новой системы машин и технологий согласно заданию РАСХН: «Разработать новое поколение экологически безопасных, ресурсосберегающих машинных техно-логий, создать комплекс конкурентоспособных технических средств и высокоэффективных агротехнических и биологических приемов для устойчивого производства овощной продукции в открытом грунте, адаптированных к основным природным зонам товарного производства овощей». Данная отраслевая программа рассчитана на период до 2010 г. Координатором программы является Всероссийский научно-исследовательский институт овощеводства (ГНУ ВНИИО). В выполнении этой программы в части заданий 03.01 и 03.02 участвует также ФГОУ ВПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия».

Цель исследования. В связи с вышеизложенным целью диссертационного исследования является разработка научно-методических основ и средств адаптирования машин для уборки капусты к изменяющимся условиям функционирования, обеспечивающих повышение эффективности их использования.

Объект и предмет исследования. В работе объектом исследований являются процессы механизированной уборки капусты в целом; составляющие рабочего процесса капустоуборочной машины: процессы подвода растений капусты к режущему устройству, взаимодействия растений капусты с режущим устройством, отвода кочанов из зоны резания, отделения сопутствующих отходов от кочанов, процесс копирования срезающими аппаратами рельефа поля; экспериментальные и опытно-производственные образцы ка-пустоуборочной машины и ее рабочих органов.

В соответствии с поставленной целью предметом исследований стали закономерности функционирования капустоуборочной машины в адаптируемых вариантах, а также зависимости ее количественных и качественных показателей работы от конструктивно-кинематических параметров рабочих органов.

Теоретические и методологические основы исследований. Вопросы создания адаптивных технологий и технических средств в овощеводстве, проблемы экологизации имели место еще со времен зарождения этой отрасли. Фундамент развития отрасли овощеводства по принципу адаптивности к природным условиям был заложен учеными А. Т. Болотовым, Е. Г. Грачевым, Р. И. Шредеррм, С. И. Жегаловым, Н. И. Кичуновым, В. И. Эделыптей-ном и др. Эти вопросы получили дальнейшее развитие в монографии академика С. С. Литвинова [127].

Вопросы адаптивности и экологизации в овощеводстве стали более значимыми в связи с механизацией уборочных процессов.

В период становления рыночных отношений в сельском хозяйстве наиболее острыми стали вопросы адаптирования технических средств к изменяющимся условиям их функционирования. Такого мнения придерживаются в настоящее время многие ученые. Оно нашло отражение в работах Н. И. Тихонова [182, 188], С. С. Литвинова, А. А. Шайманова [128], В. А. Хвостова, Э. С. Рейнгарта [150], Э. Д. Галушко [89], И. Ф. Савченко [163] и др.

Обозначенное направление работ является новым и недостаточно изученным. При создании адаптивных технологий не в полной мере учитываются связи технологий с экологическими проблемами, не разработаны основополагающие принципы проектирования адаптируемой машины. Однако следует заметить, что проведенные названными учеными исследования составили основу данной диссертационной работы.

В работе теоретические исследования базировались на методах механико-математического моделирования технологических процессов.

Экспериментальные исследования проводили в лабораторных, лабора-торно-полевых и производственных условиях.

Лабораторные исследования выполнены на специальной установке (авт. св. №1272148 [63]) по планам многофакторного эксперимента методом физического моделирования технологических процессов с помощью электрической измерительной и регистрирующей аппаратуры.

Полевые исследования проводили по методикам, изложенным в РД 10.8.7-89 и ОСТ 70.8.7-83. Производственная проверка разработанных изделий осуществлялась согласно ГОСТ 24055-88 и ГОСТ 24057-88. Для оценки энергозатрат использованы тензометрические методы.

Результаты опытов обрабатывали методами регрессионного и корреляционного анализа, а также используя приемы математической статистики на ПЭВМ.

Научная новизна работы. Обоснована новая концепция создания экономически эффективной, экологически безопасной технологии уборки капусты на базе многовариантных машин, адаптируемых к изменяющимся условиям функционирования.

Разработаны и исследованы модели рабочего процесса машинной уборки капусты. В результате выявлены его закономерности, заключающиеся в следующем:

выравнивание растений капусты в процессе подвода к режущему устройству сопровождается продольным отгибом, вызывающим в последующем косой срез кочерыг и нарушение технологического процесса машины;

взаимодействие растения капусты с режущим устройством протекает в напряженном состоянии его геометрических связей, что не позволяет качественно срезать кочаны рубкой при малых скоростях резания;

процесс отвода кочанов из зоны резания волоком по пассивной поверхности сопровождается значительными сопротивлениями и ухудшается с увеличением угла наклона ее к горизонтали;

при подводе растений капусты к режущему устройству и отводе кочанов из зоны резания на колеблющихся рабочих поверхностях происходит снижение силы трения в их относительном скольжении за счет асимметрии колебаний объекта воздействия (растения капусты, кочана);

в потоке при перекатывании кочанов на движущемся полотне транспортера, а также на встречно вращающихся и прижимающихся друг к другу вальцах происходит отделение их от сопутствующих отходов.

Разработаны научно-методические основы проектирования и расчета капустоуборочной машины, адаптируемой к изменяющимся условиям функционирования, включающие: схему адаптирования, принципы построения технологической схемы машины, новое направление работ по созданию ее рабочих органов на основе колеблющихся рабочих поверхностей, методики расчета основных параметров рабочих органов.

Разработаны технологические схемы, конструкции адаптируемой машины и ее рабочих органов. Обоснованы их конструктивно - кинематические параметры.

Предложена многовариантная более безопасная экологически технология машинной уборки капусты, определены ее основные параметры.

Исследованы малоизвестные физико-механические свойства растений капусты и их элементов.

Технические и технологические решения защищены 26 охранными документами патентных ведомств СССР и Российской Федерации.

Практическая значимость работы. В работе наибольшую значимость для практики имеют разработанная экологически ориентированная многовариантная технология машинной уборки капусты (патент Российской Федерации на изобретение №2253215); новое направление в разработке рабочих органов адаптируемой капустоуборочной машины на основе колеблющихся рабочих поверхностей, представленное авт. св. №1097230 [56], №1175389[60], №1586591 [67] и патентом 2231248 [145]; созданные техни-

12 ческие средства; основы их расчета и проектирования, а также средства их экспериментального исследования.

В совокупности прикладная ценность работы подтверждается следующей реализацией результатов исследований:

результаты теоретических и экспериментальных исследований, а также технические решения по авт. св. №1175389, №1263208 использованы ГНУ СЗНИИМЭСХ при модернизации серийной капустоуборочной машины УКМ-2, разработке и изготовлении капустоуборочной машины МКП-2А; ПО «Плодсельхозмаш» (г. Кишинев) при разработке капустоуборочной машины УКМ-2А; ГП ГСКБ по машинам для овощеводства (г. Москва) при разработ-ке двухрядной и трехрядной капустоуборочных машин;

капустоуборочная машина УКМ-2А, изготовленная в ПО «Плодсельхозмаш» под заводским номером 710 в соответствии с техническим решением по авт. св. №1175389 прошла предварительные испытания в Северо-Западной Государственной зональной машиноиспытательной станции и показала более качественные эксплуатационно-технологические показатели по сравнению с базовой машиной;

технические решения по авт. св. №1080781 и №1066491 реализованы при разработке отделителя сопутствующих отходов; материалы исследований, техническая документация и опытный образец отделителя сопутствующих отходов переданы НИИОХ (ныне ГНУ ВНИИО) для дальнейшего использования;

технические решения по авт. св. № 1586591 и №1175389 реализованы при разработке и изготовлении капустоуборочной машины с барабанным прижимным устройством; материалы исследований по ней и техническая документация переданы ГСКБ по машинам для овощеводства;

- технические решения по патенту №2231248 и авт. св. №1175389,
№1586591 реализованы в новом срезающем аппарате капустоуборочной ма
шины; результаты исследований по ней и техническая документация переда-

ны ГНУ ВНИИО, ГП ГСКБ по машинам для овощеводства для использования при модернизации капустоуборочных машин;

результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при разработке рекомендаций по адаптированию капустоуборочной машины к изменяющимся условиям функционирования, которые приняты для практического использования ГП ГСКБ по машинам для овощеводства и ГНУ ВНИИО;

элементы разработанной технологии уборки капусты и опытные образцы адаптируемой капустоуборочной машины используются в хозяйствах Ленинградской области и Чувашской Республики;

техническое решение по авт. св. №1272148 реализовано при разработке стенда для исследования рабочих органов капустоуборочных машин; стенд внедрен в лаборатории технологии и механизации производства овощей НИПТИМЭСХ НЗ РСФСР (ныне ГНУ СЗНИИМЭСХ);

результаты исследований, как справочный материал, вошли в пособие «Справочник конструктора машин для уборки и послеуборочной обработки овощей и корнеплодов» (авторы В. А. Хвостов, Э. С. Рейнгарт, Н. Н. Колчин) [194];

лабораторная установка, опытные образцы рабочих органов капустоуборочной машины, разработанные в ходе исследований, используются в учебном процессе и при выполнении НИР на кафедрах «Сельскохозяйственные машины» и «Общеинженерные дисциплины» ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА».

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Научная концепция создания экономически эффективной, экологически безопасной технологии уборки капусты на базе многовариантных машин, адаптируемых к изменяющимся условиям функционирования.

  2. Методики теоретических и экспериментальных исследований рабочего процесса машинной уборки капусты с помощью структурных и физиче-

ских моделей; выявленные при этом закономерности рабочего процесса машинной уборки капусты.

  1. Научно-методические основы проектирования и расчета капустоубо-рочной машины, адаптируемой к изменяющимся условиям функционирования, включающие схему адаптирования; принципы построения технологической схемы машины; новое направление работ по созданию рабочих органов к машине на основе колеблющихся рабочих поверхностей; методики расчета основных параметров рабочих органов машины.

  1. Научно-технические разработки: принципиальные схемы и конструкции рабочих органов адаптируемой капустоуборочной машины; их рациональные конструктивно-кинематические параметры; конструктивно-технологические схемы адаптируемой капустоуборочной машины; конструкции средств лабораторных и полевых исследований.

  2. Технологические разработки: многовариантная, экологически более безопасная технология машинной уборки капусты; параметры технологии.

6. Справочный материал: результаты исследований физико-
механических свойств растения капусты и ее элементов.

Апробация результатов исследования. Материалы диссертации доложены и обсуждены на итоговых научно-практических конференциях Чувашского ГСХА (1980...1983, 1987...2003 г. г.), Великолукского СХИ (1986 г.), на технических советах ГСКБ по машинам для овощеводства (Москва, 1985, 1989 г.), Украинского научно-исследовательского института механизации и электрификации сельского хозяйства (1987 г.), на юбилейной научно-практической конференции Казанского ГСХА (2000 г.), на всероссийских научных и научно-методических конференциях «Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства» (Пенза, 2003 г.), «Ресурсосберегающие и экологически безопасные технологии и агроприемы выращивания, хранения овощных и бахчевых культур» (Верея, Московская область, 1999 г.), на межрегиональных научно-практических конференциях «Плодородие почвы — основа высокоэффективного земледелия» (Чебоксары, 2000 г.), «Проблемы

использования ресурсов агропромышленного производства» (Чебоксары, 1998 г.), на международных научно-практических и научно-технических конференциях «Машинные технологии и новая сельскохозяйственная техника для условий Евро-Северо-Востока России» (Киров, 20 00 г.), «Научное обеспечение отрасли овощеводства (проблемы, достижения, перспективы)» (Верея, Московская область, 2002 г.), «Проблемы агропромышленного комплекса» (Волгоград, 2003 г.), «Достижения вузовской науки - агропромышленному производству» (Москва, 2003 г.), «100 лет механизму Беннетта» (Казань, 2003 г.), «Совершенствование средств механизации и технического обслуживания в АПК» (Чебоксары, 2003 г.).

Результаты теоретических и экспериментальных исследований отражены в 72 печатных работах, в т.ч. 43 работы соответствуют требованиям п. 11 «Положения о порядке присуждения ученых степеней»; 9 работ опубликовано в ведущих журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования РФ. Общий объем публикаций составляет 25,3 п.л., 75% которого принадлежит лично соискателю.

Диссертация состоит из введения, 6 разделов, общих выводов, 61 приложения и списка литературы из 216 наименований. Общий объем диссертации 397 страниц, в т. ч. на 320 страницах изложен основной текст со 142 рисунками и 21 таблицей.

Автор выражает благодарность научному консультанту, доктору технических наук профессору Белову В.В., кандидатам технических наук Тонче-вой Н.Н., Андрееву В.И. и Романовскому Н.Н. за ценные советы и техническую помощь, оказанную в процессе работы над диссертацией.

Реклама


2006-20011 © Каталог российских диссертаций