ТЕХНОЛОГИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ УБОРКИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ АМУРСКОЙ

На правах рукописи

Баштовой Александр Геннадьевич

ТЕХНОЛОГИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ УБОРКИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ АМУРСКОЙ ОБЛАСТИ

Специальность: 05.20.01 – технологии и средства механизации

сельского хозяйства

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание учёной степени

доктора технических наук

Благовещенск – 2008

Работа выполнена в ФГОУ ВПО Дальневосточном государственном аграрном университете

Научный консультант: доктор технических наук, профессор,

Заслуженный деятель науки и техники РФ

Б. И. Кашпура

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

чл.- корр. РАСХН Ю.В. Терентьев

доктор технических наук, профессор,

Заслуженный деятель науки и техники РФ

Н. И. Косилов

доктор технических наук, доцент,

Ю.Б.Курков

Ведущее предприятие: ДальНИИСХ (г. Хабаровск)

Защита диссертации состоится 14 мая 2008г. на заседании диссертационного совета Д 220.027.01. при ФГОУ ВПО Дальневосточном государственном аграрном университете.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 675005, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, ДальГАУ, диссертационный совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО Дальневосточного государственного аграрного университета.

Автореферат разослан ___ __________ 2008г.

Учёный секретарь

диссертационного совета А.М.Емельянов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Наращивание производства зерна в Амурской области является одной из первоочередных задач. Решение её во многом зависит от разработки и внедрения новых, прогрессивных способов и средств механизации уборки зерновых культур, обеспечивающих повышение производительности и качества работ, снижение потерь зерна, проведение уборки в оптимальные сроки. В настоящее время, несмотря на возрастающий технический уровень зерноуборочной техники, её постоянное совершенствование и модернизацию, комбайновый способ уборки не может решать всех проблем уборки зерновых культур без учёта природно-климатических и экономических условий конкретной природной зоны. В связи с этим проблема совершенствования технологий и комплекса машин уборки зерновых культур для региональных условий, позволяющих сократить потери выращенного урожая зерновых культур в процессе уборки, имеет важное народнохозяйственное значение. Представленная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ по республиканской программе «Механизация, электрификация и автоматизация. Развитие научного направления механики и процессы агроинженерных систем. Создание техники и энергетики нового поколения и формирование эффективной инженерно-технической инфраструктуры агропромышленного комплекса» в соответствии с планом НИР ДальГАУ по теме 13.13 «Разработка технологии и технических средств для рулонной технологии уборки зерновых культур в Амурской области».

В качестве рабочей гипотезы для решения сформулированной проблемы, суть которой состоит в качественной и своевременной уборке, явилось предложение о том, что по мере созревания зерновых культур на корню происходят изменения всхожести, содержания клейковины и массы зерна убираемой культуры, которые приводят к потерям выращенного урожая в процессе уборки. Выявление закономерностей изменения этих показателей позволит оптимизировать сроки проведения уборочных работ и принять правильные решения по технологическому и техническому обеспечению процесса уборки зерновых культур. Технологическое и техническое обеспечение механизированного процесса уборки зерновых культур предлагается путем рационального сочетания комбайнового способа уборки с рулонной технологией, которое позволит сократить потери убираемого зерна. Совершенствование технических средств, применяемых в технологическом процессе уборки зерновых культур по рулонной технологии, позволит обеспечить необходимые условия проведения механизированных работ с минимальными потерями и высоким качеством получаемого зерна.

Цель работы. Теоретическое и экспериментальное обоснование технологии и необходимого перечня технических средств уборки зерновых культур в условиях Амурской области, обеспечивающих качественную и своевременную уборку с минимальными потерями.

Методы исследований. В качестве методологической основы исследований применён системный подход при разработке решений по обоснованию технологического и технического обеспечения уборки зерновых культур в зависимости от региональных условий Амурской области.

Объект исследований. Технологический процесс уборки зерновых культур при рациональном сочетании прямого комбайнирования с рулонной технологией в условиях Амурской области.

Научная новизна. В результате проведенных исследований: выявлены закономерности изменения лабораторной всхожести, содержания клейковины и массы зерна, позволяющие оптимизировать сроки проведения уборки зерновых культур с учётом природно-климатических условий Амурской области; получена математическая модель по оптимизации технологического и технического обеспечения уборки зерновых культур, включающая в себя рациональное сочетание прямого комбайнирования с рулонной технологией; выявлены факторы, влияющие на вымолот зерна из рулона при прессовании зерновых культур рулонным пресс-подборщиком с камерой прессования постоянного объема, предусматривающие его усовершенствование для возможного применения на уборке зерновых культур; получена математическая модель, описывающая удаление обвязывающей нити рулона в процессе его загрузки размотчиком; обоснованы конструктивные параметры механизма удаления обвязывающей нити рулона, обеспечивающего повышение эффективности работы размотчика рулонов; усовершенствованы технические средства, применяемые на уборке зерновых культур при рулонной технологии, техническая новизна которых подтверждена 3 патентами на изобретения.

Практическая ценность работы. На основании выявленных закономерностей изменения всхожести, содержания клейковины и массы зерна разработаны предложения по оптимизации сроков проведения уборки зерновых культур. С целью снижения потерь выращенного урожая зерновых культур, предложено применение рулонной технологии уборки наряду с существующим комбайновым способом с учётом производственных и природно-климатических условий Амурской области. Для обеспечения уборки зерновых культур по рулонной технологии предложен усовершенствованный комплекс машин. В результате данного усовершенствования вымолоченное зерно, имеющее наиболее высокие посевные и хлебопекарные качества по сравнению с невымолоченным зерном из рулона при прессовании хлебной массы зерновых культур, собирается отдельно от рулона. Удаление обвязывающей нити рулона производится механизированным способом в процессе загрузки и раскручивании рулона размотчиком рулонов.

Реализация результатов работы. На основе разработанных технических решений (патенты № 2159534, № 2147168, № 2300870) были произведены переоборудования конструкции рулонного пресс-подборщика и размотчика рулонов, применяемого на уборке зерновых культур. Это позволило осуществлять сбор вымолоченного зерна из рулона, имеющего наибольшие показатели всхожести, содержания клейковины и массы зерна, в процессе прессования отдельно от рулона, а при загрузке и раскручивании рулона удаление обвязывающей нити рулона производить механизированным способом самим размотчиком рулонов.

Экспериментальные исследования по уборке пшеницы сорта «Амурская-90» предлагаемым комплексом машин были проведены в СПК «Мирный» Завитинского района и СПК «Троицкое» Ивановского района Амурской области. Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре ЭМТиАП ДальГАУ.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научно-практических конференциях Благовещенского СХИ (1986–1990 гг.), профессорско-преподавательского состава и аспирантов ДальГАУ (1993–2007 гг.), УНПК ДальГАУ (1996–2000 гг.), на заседаниях сектора системы машин Благовещенского СХИ (1987–1991гг.), кафедры ЭМТП Иркутского СХИ (1992г.), докторского научно-методологического семинара СибИМЭ СО РАСХН (2006г.).

Публикация. По результатам диссертационной работы опубликовано 32 печатные работы общим объёмом 5,7 п.л., из них 3 патента на изобретение.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Объём диссертации содержит 357 страниц, в том числе 16 таблиц, 58 иллюстраций, список литературы из 212 наименований.

Содержание работы

Во введении изложена актуальность работы, дана её краткая характеристика и практическая ценность результатов исследований.

В главе 1 «Состояние проблемы, цель и задачи исследований» на основе анализа условий уборки зерновых культур в Амурской области, существующих технологических и технических решений по данному вопросу сформулированы цель и задачи исследований.

Организацией технологического процесса уборки зерновых культур на научной основе начинали заниматься академики ВАСХНИЛ И.Ф.Василенко В.А. Желиговский. Дальнейшие исследования по проектированию механизированных процессов уборки были отражены в трудах В.С. Антошкевича, Ф.И.Гаврилова, В.А. Гобермана, Э.В. Жалнина, Ф.С.Завалишина, С.А. Иофинова, Ю.К. Киртбая, Э.И.Липковича, Г.Г.Павловского, М.Г. Пенкина, Н.С. Рунчева, В.Н.Фёдорова, Н.Н.Федосеева, Р.Ш. Хабатова, Г.Е. Чепурина и др.

Основными культурами, выращиваемыми в Амурской области, являются зерновые и соя. Оптимальными сроками уборки зерновых культур считается период с 20 июля по 20 августа. Однако в этот период времени, по данным Благовещенской метеостанции, выпадает до 60% годового количества осадков, которое находится в пределах от 40 мм до 300 мм, а иногда и более, что приводит к отклонению фактических от оптимальных сроков проведения уборочного процесса, а как следствие потерям выращенного урожая. С целью сокращения потерь выращенного урожая на уборке зерновых культур необходимо принятие оптимального решения, обеспечивающего уборочный процесс с получением наибольшего дохода от убранного урожая с учётом природно-климатических и производственных условий. Применение рулонной технологии, где используется сеноуборочная техника, совместно с прямым комбайнированием позволяет сократить потери выращенного урожая.

На основании проведенного анализа состояния проблемы целью настоящей работы является разработка и обоснование научных положений по обоснованию технологии и необходимого перечня технических средств для уборки зерновых культур в условиях Амурской области, обеспечивающих качественную и своевременную уборку с минимальными потерями. Для достижения поставленной цели предусматривается решение следующих задач:

1) Выявить основные закономерности, определяющие оптимальные сроки и продолжительность проведения технологического процесса уборки зерновых культур прямым комбайнированием в зависимости от зональных условий Амурской области.

2) Обосновать технологию и состав уборочной техники с учетом технологических и производственных условий уборки.

3) Выявить аналитические зависимости процессов вымолота зерна из рулона при прессовании растительной массы зерновых культур и механизированного удаления обвязывающей нити рулона размотчиком в процессе раскручивания рулона.

4) Обосновать режимы работы рулонного пресс-подборщика для прессования зерновых культур и конструктивные параметры механизма удаления обвязывающей нити рулона в процессе его загрузки и раскручивания размотчиком.

5) Провести оценку эффективности разработанных положений по технологическому и техническому обеспечению процесса уборки зерновых культур.

В главе 2 «Теоретические основы технологического и технического обеспечения уборки зерновых культур в условиях Амурской области» при выборе технологического обеспечения процесса уборки зерновых культур учитывается получение возможно максимального дохода при минимальных затратах на проведение уборочных работ. Исходя из этого условия, целевая функция получения максимального дохода по результатам уборки зерновых культур определяется из следующего выражения:

, (1)

где Q – доход от полученной продукции по результатам уборки, руб./га;

Qп – планируемый доход от полученной продукции по результатам уборки зерновых культур, руб./га; Зп – приведенные затраты на уборке зерновых культур, руб./га; Рс – сезонные потери из-за нарушения сроков уборки зерна зерновых культур, руб./га; Пi – текущие потери за уборочной машиной, применяемой в технологическом процессе уборки зерновых культур, руб./га; n – количество причин, повлекших текущие потери за уборочной машиной.

Планируемый доход от продукции(Qп), полученный по результатам уборки зерновых культур, состоит из доходов, полученных от количества собранного зерна, имеющего наибольшие посевные и хлебопекарные качества (Qз), и незерновой части урожая (Qн.ч.у.).

(2)

При созревании зерновых культур в зерне протекают биологические процессы, которые приводят к изменению всхожести, содержанию клейковины и массы зерна. Изменение этих показателей влияет на уровень планируемого дохода от полученного зерна по результатам уборки. Следовательно, максимальный уровень дохода от полученного зерна с наибольшими показателями всхожести, содержания клейковины и массы зерна будет являться целевой функцией оптимизации по продолжительности выполнения технологических операций уборки зерновых культур.

, (3)

где Qвi – планируемый доход от всхожести зерна в i-ый день уборки зерновых культур, руб./га; Qмi – планируемый доход от массы зерна в i-ый день уборки зерновых культур, руб./га; Qхi – планируемый доход от содержания клейковины зерна в i-ый день уборки зерновых культур, руб./га; – продолжительность уборки зерновых культур, дн.

, (4)

где Уi – урожайность зерна зерновых культур в i – день нахождения их на корню, т/га;U0 – цена зерна без учёта доплаты за имеющийся процент всхожести и содержание клейковины, руб./т.

, (5)

где – величина изменения нормы высева зерновых культур от изменения всхожести зерна, т/га %; Вi – процент всхожести зерна в определённый i-момент времени при созревании от восковой до полной фазы спелости и дальнейшем его нахождении на корню, %; Вmin – зерно, имеющее некондиционную всхожесть, Вmin 90%.

После достижения зерном максимального значения всхожести происходит его снижение. Снижение и увеличение показателя всхожести происходит на величину до определенного i-го значения, зависящего от продолжительности уборки зерновых культур на корню.

В зависимости от процента всхожести зерна при его посеве изменяется норма высева. Исходя из этого предлагается величину, характеризующую изменения нормы высева зерна зерновых культур от изменения его процента всхожести, определять из следующего выражения:

, (6)

где Hmax, Hmin –соответственно, максимальная и минимальная норма высева семян, т/га; Bmax –зерно, имеющее максимальный процент всхожести, %.

Выражение (5) с учетом выражения (6) примет следующий вид:

(7)

Выражение (4) с учётом выражения (7) после преобразования примет следующий вид:

(8)

, (9)

где nз – число зёрен в стебле, з/ст; nс – число стеблей на 1 м2, ст/м2; Мi – масса 1000 зёрен в i-ый момент времени созревания зерновых культур на корню с учётом её изменения на величину , г.

, (10)

где – доплата, учитывающая содержание клейковины зерна в i-ый день нахождения зерновых культур на корню, руб./га.

Так как содержание клейковины зерна в процессе созревания зерновых культур на корню изменяется, то доплата, учитывающая содержание клейковины зерна в i-ый день их нахождения на корню, определяется из выражения:

, (11)

где – величина, учитывающая изменение доплаты за содержание клейковины зерна, руб./т.

(12)

Доплата за содержание клейковины зерна устанавливается в каждом субъекте федерации соответствующим нормативно-правовым документом. В условиях Амурской области при содержании клейковины зерна 23% и более установлена фиксированная цена за одну тонну реализуемого для продовольственных целей зерна. С учётом этого условия выражение (11) примет следующий вид:

(13)

Выражение (10) с учетом выражений (9), (11) и (13) после преобразования примет следующий вид:

(14)

Планируемый доход от уборки зерновых культур за счет изменения всхожести, содержания клейковины и массы 1000 зерен в зависимости от продолжительности созревания и дальнейшего его нахождения после наступления фазы полной спелости на корню, с учётом выражений (7), (9), (10) и (13), после некоторых преобразований, примет следующий вид:

(15)

Зависимость (15) определения общих доходов от изменения всхожести, содержания клейковины и массы 1000 зерен, образуемых в процессе созревания от восковой до полной фазы спелости и дальнейшего нахождения зерновых культур на корню, позволяет графоаналитическим методом определить сроки начала и оптимальное количество дней уборки комбайновым способом напрямую.

Основным показателем, влияющим на проведение уборочного процесса, считается количество выпавших осадков за этот период. Минимальное количество выпавших осадков в период проведения уборочного процесса находится в пределах 44 мм, с одинаковой вероятностью того, что может выпасть и максимальное количество осадков в пределах 300 мм, а иногда и более (рис.1). Среднее значение количества выпавших осадков за этот период находится в пределах 90 мм. Причем не исключена вероятность того, что за один день может выпасть до 70 мм осадков. Из этого следует, что если скошенные валки зерновых культур попадут под такое количество осадков, то необходимость их обмолота теряет смысл. Следовательно, уборку зерновых культур раздельным комбайновым способом, в столь сложных условиях из-за такого количества выпадающих осадков проводить нецелесообразно.

Рис.1. Изменение количества выпавших осадков за период уборки зерновых культур – теоретическая; – империческая.