ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА КАРТОФЕЛЯ В ЗОНЕ УРАЛА ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ РЕСУРСОЕМКИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

В четвертой главе «Экспериментальная оценка усовершенствованных технических средств и комплексов машин по формированию клубненесущего слоя почвы (КНС)» приведены материалы, подтверждающие теоретические предпосылки.

Исследования доказывают целесообразность формирования гряды после посадки картофеля одновременно с рыхлением междурядий путем сближения гребней. Для этого созданы рабочие органы в виде ротора, обоснованы их параметры.

Доказано преимущество совмещения операций по ряду критериев. Установлены зависимости критериев оценки от параметров МТА и режимов работ, разработаны рекомендации по составу МТА.

Приведены результаты формирования КНС и анализ системы показателей оценки качества механизированных работ, в том числе по вариантам «полосное фрезерование ПФ» и «сепарация почвы С».

Сравнительная оценка вариантов формирования КНС и сепарируемости вороха при уборке представлена в таблице 3.

Результаты обработки опытных данных показали, что наилучшую сепарируемость вороха обеспечивает возделывание картофеля по грядово-ленточной технологии с сепарацией почвы перед посадкой. Засоренность вороха при этом в три раза ниже, чем при гребневой технологии. Такая технология позволяет применять комбайновую уборку. Особенно это целесообразно на почвах, засоренных камнями.

Таблица 3 - Результаты сепарируемости клубненесущего слоя

при различных технологиях возделывания картофеля

Технология	Фракционный состав вороха
	Масса вороха, кг	Клубни		Почва
		кг	%	кг	%	вынос с 1 га, т
Гребневая Грядово-ленточная -ПФ Грядово-ленточная - С	466,1 450,1 360,6	369,3 372,8 331,0	79,2 82,8 91,8	96,8 77,3 29,6	20,8 17,2 8,2	4,41 3,57 1,55

Энергетические испытания агрегатов, реализующих технологические процессы, показали, что при возделывании картофеля по гребневой технологии расход топлива составил 57,05 кг/га; по грядовой технологии со сплошным фрезерованием - 62,56; по грядовой технологии с полосным фрезерованием - 59,11; при возделывании картофеля по грядовой технологии с сепарацией почвы - 74,77 кг/га.

Наибольшие затраты оказались на варианте при возделывании на грядах с сепарацией почвы перед посадкой. Вместе с тем сепарируемость вороха (отделение клубней от почвы) при уборке урожая здесь была лучшей из всех вариантов.

Уборка урожая проводилась комбайном ККУ-2А с трактором МТЗ-80 (первая передача). Производительность агрегата за час чистой работы составила 0,14 га (с учетом времени поворотов и разгрузки - 0,12 га/ч). Состояние вороха свидетельствует о том, что комбайн обеспечивает удовлетворительную сепарацию при уборке картофеля, возделываемого по грядово-ленточной технологии с полосным фрезерованием. Засоренность вороха при этом в три раза ниже, чем при гребневой технологии возделывания. В зависимости от почвенно-климатических условий и применяемого способа формирования КНС урожайность картофеля, возделываемого на грядах, по отдельным вариантам на 10 - 25% выше, чем на гребнях.

Для формирования гряды из гребней после посадки картофеля потребовалось сконструировать и изготовить экспериментальную установку на базе МТЗ-80 и культиватора КФМ-2,8.

Результаты исследования показывают, что разработанные рабочие органы удовлетворительно обеспечивают технологический процесс формирования КНС в виде гряды из гребней (рисунок 13).

Рисунок 15 - Результаты формирования гряд из гребней роторным РО

Перемещение клубней вдоль рядка при использовании роторного рабочего органа (РРО) составило 8,75 см при глубине заделки 10 см и 5,7 см – при глубине заделки 13 см, что меньше перемещения пассивным рабочим органом (ПРО). Роторный рабочий орган работает экономнее, чем пассивный.

Исследования позволяют сделать вывод о целесообразности применения технологии формирования гряд после посадки в гребни. Это дает возможность отказаться от специальных сажалок для возделывания картофеля на грядах, проводить интенсивное рыхление клубненесущего слоя после посадки, успешно бороться с сорной растительностью, обеспечить комбайновую уборку урожая.

В главе 5 «Обоснование комплекса машин по перемещению урожая картофеля» приведены методика и результаты хронометражных наблюдений за перевозкой урожая картофеля. Разработаны мероприятия по совершенствованию транспортного процесса по перемещению урожая к местам хранения.

Проведена оценка комплекса машин на перевозке картофеля в составе автомобиля-тягача с полуприцепом, трактора с лафетом для буксирования полуприцепа по полю и фронтального погрузчика.

Испытания проводились в типичных зональных условиях.

А. Схема "поле - овощехранилище предприятия"

Часовая производительность на перевозках автомобиля ГАЗ-53 (бортовой) без учета простоев составила 3,79 т/ч, с учетом всех простоев - 3,03; автомобиля ЗИЛ-ММЗ-555 – 3,90 и 2,94 т/ч.

Б. Схема "поле - база г. Екатеринбурга"

Часовая производительность автомобиля ГАЗ-52 без учета простоев составила 0,61 т/ч, с учетом всех простоев - 0,37 т/ч; автомобиля ЗИЛ-130 соответственно 0,92 и 0,60 т/ч. Время движения по отношению ко всему времени в наряде (движение с грузом и без груза) составило: для ГАЗ-52 - 23,1%; для ЗИЛ-130 - 19,7%.

Данные показывают, что автомашины на перевозке работают крайне непроизводительно. До 80% времени они стоят без движения, поэтому потребность в автотранспорте весьма велика.

Одним из главных направлений в механизации погрузки является контейнеризация. Проведены наблюдения за погрузкой картофеля, затаренного в стандартные контейнеры с откидывающимся днищем. В качестве погрузчика использовался агрегат в составе трактора МТЗ-80 и КУН-10, оборудованного стрелой и строповочным устройством. Производительность его (сменная) составила 63,7 т/смену.

Разработана конструкция мягкого оборотного контейнера (МОК). Такой контейнер представляет собой емкость, сшитую из синтетической ткани и оборудованную двумя строповочными узлами.

При емкости, соответствующей стандартным контейнерам, МОК имеют в 10-12 раз меньшую массу, они удобны в транспортировке; при этом картофель закрыт от солнечных лучей, вызывающих его позеленение, дешевле обходится их изготовление.

Проведена оптимизация грузовместимости контейнера при ручной подборке урожая по критериям «затраты труда» и «прямые затраты». При этом учитывались составляющие затрат труда и средств: загрузка контейнеров, погрузка картофеля, участие транспортных средств в их загрузке.

В результате получены следующие зависимости:

- затраты труда (чел.-ч/т)

(34)

- прямые суммарные затраты (руб./т)

Ссум = Сп.г + Сс+ Сз;т. (35)

где Мм, Мв, Мт – количество механизаторов, вспомогательных и транспортных рабочих, занятых на погрузке; tц.п.г – цикловое время погрузки, ч; q - грузовместимость контейнера, т; U - урожайность, т/га; Vп.г – скорость движения погрузчика между контейнерами, м/с; Квi – коэффициент, зависящий от количества порций, помещенных в контейнере; Vс – скорость движения сборщика, м/с; Сп.г – затраты, связанные с эксплуатацией погрузчика; Сс – затраты средств на перенос собранного картофеля к контейнеру; Сз;т – затраты, связанные с использованием транспортного средства под погрузкой.

Минимальные затраты труда соответствуют q = 0,42 т (рисунок 14).

Оптимальная грузовместимость контейнера, определенная по критерию «затраты средств», для урожайности от 10 до 30 т/га находится в пределах 1,0 – 1,4 т, а определенная по критерию «затраты труда» – меньше, чем по затратам средств, независимо от урожайности.

Проведены ускоренные испытания МОК. Выполнено сто погрузочных циклов из расчета пятилетней его эксплуатации. Обследование контейнеров показало, что все они после погрузки 40 т картофеля находились в работоспособном состоянии.

Рисунок 14 - К оптимизации грузовместимости контейнера

Технологические испытания МОК проводились на поле с погрузчиком ПФ-0,5 на базе МТЗ-80. По разным наблюдениям, производительность погрузчика составила 9,55 и 10,3 т/ч.

При 10-часовом рабочем дне в период уборки погрузчик в день может загружать 95-100 т картофеля. Затраты труда на тонну погруженного картофеля при обслуживании погрузчика механизатором и двумя грузчиками составляют 0,314 чел.-ч/т, при обслуживании механизатором и одним грузчиком – 0,21 чел.-ч/т.

Для оценки способов перевозки вороха картофеля проведены наблюдения за транспортными средствами (ГОСТ 24055-80) по двум схемам перевозки: поле – хранилище совхоза (расстояние до 5 км), поле – базы г. Екатеринбурга (расстояние 25 км).

Разработана конструкция и изготовлен лафет для полуприцепа ОдАЗ, обеспечивающий догрузку задних колес трактора при неблагоприятных условиях движения. Максимальная догрузка задних колес трактора 12 кН (из условий допустимой нагрузки на шины).

Для исследования кинематических элементов тракторно-транспортного агрегата (ТТА) в составе трактора МТЗ-80 с полуприцепом ОдАЗ-885 и лафетом разработана программа на ПК, установлена взаимозависимость базы лафета и величины эксцентриситета. По результатам расчетов (при использовании буксирного устройства трактора) выбраны база лафета 2750 мм, величина смещения буксирного устройства относительно оси лафета 480 мм.

Хронометражные наблюдения за использованием ТТА показали, что за один цикл на пересоединение полуприцепов тратится 24 мин 21 с.

Минимальный радиус поворота в указанных выше условиях, исходя из управляемости трактора, определен 7,71 м по внутреннему колесу полуприцепа и 8,64 м – по внутреннему заднему колесу трактора.

Догрузка колес трактора регулируется выносным гидроцилиндром и перестановкой фиксаторов. Теоретические расчеты и экспериментальные исследования показали, что наличие эксцентриситета (догрузка задних колес трактора) улучшает показатели маневренности. С увеличением отношения величины эксцентриситета к базе лафета увеличивается критическая скорость ТТА. В связи с тем, что тракторный транспорт используется не только на перевозке урожая картофеля, проведены наблюдения за занятостью тракторов МТЗ-80 в течение года. В период уборочных работ (август - сентябрь) занятость транспортными работами по времени составляет 65 – 77%, по объему работ – 72 – 81%. Использование МТЗ-80 на буксировании полуприцепов повысит их годовую загрузку.

Расчеты показывают, что трактор МТЗ-80 может работать с прицепом 2ПТС-6,0, имеющим общую массу около 9 т. При неудовлетворительных погодных условиях требуется догрузка ведущих колес.

Разработан и испытан ряд догружающих устройств с использованием гидросистемы трактора. Часть из них признана изобретениями, на которые выданы авторские свидетельства и патенты.

Проведенные аналитические расчеты и лабораторные исследования по установлению зависимостей догрузки ведущих колес трактора от давления подпора показали, что для догрузки задней оси трактора зависимость имеет вид Qзт = а1 + врподп (рподп- давление подпора; а1 = 23,009 при р = 0).

При испытании агрегата в составе МТЗ-80 с прицепом 2ПТС-6,0 в условиях грунтовой дороги установлено, что скорость движения агрегата при увеличении давления от нуля до 2,8 МПа возросла на 8,8%, буксование уменьшилось на 9,8%, расход топлива на тонно-километр уменьшился на 20%.

Производительность ТТА в составе МТЗ-80 с прицепом 2-ПТС-6,0 выше, чем с прицепом 2ПТС-4,0, на 24%.

Проведено обоснование состава транспортного звена на перевозке урожая картофеля по ряду вариантов (маршрутов). Выбор маршрута движения картофеля зависит от способов уборки и хранения.

Выбор схемы перевозок проводился по двум критериям – себестоимость перевозок и затраты труда.

Определен состав звеньев по перемещению урожая картофеля для обеспечения заданного темпа вывозки.

Проведенные наблюдения доказали целесообразность использования в составе механизированного транспортного звена автомобилей-тягачей с полуприцепами, лафетов для агрегатирования полуприцепов с тракторами и мягких контейнеров для погрузки картофеля при перевозке его навалом.

В шестой главе «Рекомендации по формированию комплекса машин по возделыванию, уборке и перемещению урожая картофеля с технико-экономической оценкой» представлены вопросы целесообразности применения технологии и комплекса машин, о которой можно судить по расчетам дохода предприятия (прибыли).

Обоснованы технические средства по обработке почвы для реализации прогрессивных технологий. Материалы свидетельствуют о том, что возделывание картофеля следует проводить на грядах с посадкой по схеме 30 +110 см.

Технология подготовки почвы перед посадкой, обеспечивающая комбайновую уборку на каменистых и комковатых почвах, включает нарезку гряд (борозд) и сепарацию (просеивание) почвы. Такой комплекс машин по подготовке почвы хорошо вписывается в технологию возделывания картофеля на грядах.

Перспективной можно считать технологию, в которой нарезка гряд производится одновременно с рыхлением почвы. Такие решения осуществимы одновременно со вспашкой.

Сепарация почвы перед посадкой может быть реализована сепаратором СУ-1,4 или с использованием копателей КСТ-1,4 и др.

Разработанный комплекс для формирования гряды после посадки, состоящий из фрезерного культиватора КФМ-2,8 с соответствующими рабочими органами, позволяет уничтожать сорняки, получать достаточную рыхлость почвы и сохранить ее до уборки.

Затраты труда и средств при формировании КНС по гребневой технологии возделывания выше, чем при формировании по грядовой технологии. Разница по затратам труда составляет 17,8%. Это объясняется совмещением операций и сокращением проходов агрегатов по полю при обработке посадок.

Расчеты показывают, что затраты труда по разработанной технологии формирования КНС с комбайновой уборкой картофеля на 357 чел.-ч (16,8%) меньше, чем при возделывании по базовой технологии с подкапыванием картофеля копателем с последующей ручной подборкой. Экономия затрат средств составила 11,5%.

Затраты труда при использовании МОК по сравнению со стандартными контейнерами сокращаются на 22,1%, затраты средств – на 28,4%.

Экономия труда при использовании прицепа 2ПТС-6,0 с догружающим устройством составляет 0,06 чел.-ч на тонну картофеля. На перевозке картофеля при продолжительности уборки 20 дней экономический эффект составит 16856,82 руб. на агрегат.

По суммарным затратам на перевозку, погрузку и разгрузку картофеля при малом плече перевозок (5 км), экономичнее использовать два варианта - самосвальный автомобиль и трактор с прицепом в сочетании с погрузкой мягкими контейнерами.

Минимальные затраты труда при перевозках на расстояние 25 км обеспечивает вариант, включающий автомобиль-тягач с полуприцепом, трактор с лафетом и полуприцепом и с погрузкой картофеля мягкими контейнерами, и разгрузкой опрокидывателем.

По себестоимости перевозок более эффективным вариантом является перевозка автомобилем-самосвалом при погрузке мягкими контейнерами и самосвальной разгрузке.

Внедрение разработанных мероприятий, позволяющих применять комбайновую уборку картофеля, позволяет снизить затраты труда на единицу площади на 51,9%, на единицу продукции – 55,5 % (затраты средств на 9,5%).

Усовершенствованный комплекс машин с применением копателя, ручной подборки в МОК с перемещением урожая к местам переработки и хранения позволяет снизить затраты труда на единицу площади возделывания на 17,6%, на единицу продукции – на 23,6% (затраты средств на 12,5%).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ производства картофеля в Уральском и других регионах России показал, что технологический комплекс машин для производства картофеля при сложившейся технологии возделывания не обеспечивает в полной мере механизированной уборки при возделывании его на тяжелых и средних почвах, характеризующихся высокой плотностью и способностью к уплотнению ходовыми аппаратами машин при уходе за посадками. Это ведет к росту затрат труда при уборке, снижению эффективности производства.

2. Разработана модель оценки технологического комплекса машин по производству картофеля, учитывающая ресурсоемкость процессов (трудозатраты и стоимость получаемой продукции). Проведено обоснование направления совершенствования технических средств по производству картофеля в соответствии с зональными условиями. Исследования базовой технологии показали, что эксплуатационные затраты составили 48,4% из общих затрат на гектар. Наиболее ресурсоемкие технологические операции связаны с формированием КНС, посадкой (10,4%) и уборкой картофеля (10,4%), вывозкой урожая с поля (5% без погрузки).

3. Проведены исследования проблемы влияния агротехнических и технологических факторов на формирование профиля КНС. С позиций системного анализа разработаны методология построения технологий формирования КНС с анализом и оценкой факторов, а также набор технических средств по их реализации в соответствии с заданными условиями.

Формирование комплекса машин должно выполняться в соответствии с обоснованным профилем и размерами КНС в зависимости от типа почвы и ее механического состава, физического состояния в период ухода за посадками и уборки, обеспеченностью предприятий техническими, материальными и трудовыми ресурсами. Разработана методика проектирования профиля.

4. Разработаны рабочие органы для формирования КНС. Исследованы взаимосвязи основных факторов и выходных показателей технологических процессов. Повышение технико-экономических показателей (уплотнение почвы, производительность МТА, энерго- и трудозатраты, затраты средств) обеспечивается при совместном выполнении операций обработки посадок с формированием параметров КНС в виде гряды. Это обеспечило снижение энергозатрат на 28,8%, затрат труда на 13,1%, эксплуатационных затрат на 29,2%, повышение производительности на 15,2%.