Совершенствование технологий и машин для уборки картофеля

УДК 631.356 С.Н. Борычев

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ И МАШИН ДЛЯ УБОРКИ КАРТОФЕЛЯ

В статье рассмотрены различные технологии уборки картофеля и условия их применения. Выявлены перспективные пути совершенствования картофелеуборочных машин - копателей, копателей-погрузчиков и комбайнов. Определены техникоэкономические показатели усовершенствованных технологий уборки картофеля. Технология уборки картофеля с использованием комбайнов обладает наименьшими эксплуатационными затратами и трудозатратами, однако при уборке семенного картофеля предпочтительней использовать копатели, обеспечивающие минимальный уровень повреждения клубней.

В мировом производстве растительных продуктов по валовому сбору картофель занимает одно из ведущих мест, а на долю РФ приходится около 11-14% общего объема. По данным Федеральной службы государственной статистики, в 2006 г. в отечественных хозяйствах всех категорий данную культуру выращивали на площади 2,979 млн га, валовой сбор составил 38,7 млн т, при средней урожайности 13,0 т/га. Для населения России картофель, наряду с хлебом, остается особо ценным и ничем не заменимым продуктом питания.

Снижения себестоимости и повышения качества собранного урожая можно добиться не только использованием новых сортов, но и применением современных технологий и средств механизированной уборки.

При возделывании картофеля одной из самых сложных задач является уборка. Из общих трудозатрат и энергозатрат при возделывании на уборку приходится соответственно около 35-70% и 40-60% [1]. Это заставляет сельхозпроизводителей тщательно подходить к выбору технологий уборки в зависимости от множества факторов (рис. 1).

Использование различных технологий и соответственно картофелеуборочной техники диктуется не только конкретными условиями проведения работ: типом почвы и ее влажностью; необходимым качеством собранного картофеля (продовольственный, фуражный или семенной); природно-климатическими условиями; площадью посадки; урожайностью картофеля; наличием в хозяйстве трудовых ресурсов, хранилищ и свободных транспортных средств в период уборки, но также зависит и от финансовых возможностей сельхозпроизводителя (возможность приобрести ту или иную уборочную технику).

Технологии механизированной уборки картофеля, широко используемые отечественными и зарубежными сельхозпроизводителями, применяют два основных способа: раздельный и поточный [1-2]. При раздельном способе применяются копатели (рис. 2), а при поточном способе уборки картофеля используются копатели-погрузчики и комбайны (рис. 3). Еще несколько способов уборки картофеля (комбинированный, поточно-перевалочный, раздельный двухфазный и др.) не нашли такого широкого распространения, как вышеперечисленные.

Копатели широко используются в мелких и средних хозяйствах, а также при производстве семенного картофеля. Эти машины имеют невысокую стоимость и обеспечивают низкий уровень повреждений клубней.

При уборке копателями возможна реализация продукции без доочистки, так как данная операция доочистки выполняется рабочими на подборе. Однако данная технология отличается большими потерями клубней, низкой производительностью и высокими трудозатратами (см. табл.), которые связаны с ручным подбором и погрузкой картофеля в транспортное средство [2]. Копатели обеспечивают невысокую полноту сепарации вороха, в том числе из-за неравномерности подачи клубненосного пласта на транспортер. Неравномерность подачи происходит при периодическом сгруживании картофельного вороха на подкапывающем рабочем органе, особенно при высоких скоростях уборочного агрегата и неблагоприятных почвенноклиматических условиях. Это приводит к значительным потерям клубней, которые засыпаются землей.

Ф2

Фі

Фа

Фа

Ф,

Выбор способа и технологии уборки картофеля

Ф

12

Раздельный способ уборки картофеля

Поточный способ уборки картофеля

Технология уборки картофеля копателем Технология уборки картофеля Технология уборки картофеля

(с ручным сбором и погрузкой) копателем-погрузчиком комбайном

Основные условия применения:

1. Низкая урожайность картофеля.

2. Семеноводческие посадки картофеля.

3. Неблагоприятные почвенно-климатические условия.

4. Наличие в хозяйстве свободных трудовых ресурсов

Преимущества (+) и недостатки (-) технологии:

+ Низкий уровень повреждения клубней картофеля.

+ Возможность реализация или хранения картофеля сразу после уборки (без доочистки).

- Высокие трудозатраты и потери.

- Низкая производительность

Основные условия применения :

1. Наличие оборудования для доочистки и сортировки картофеля.

2. Большие площади посадки.

3. Большая урожайность картофеля.

4. Сжатые сроки уборки урожая.

5. Наличие в хозяйстве свободных транспортных средств в период уборки

Преимущества (+) и недостатки (-) технологии:

+ Высокая производительность.

+ Низкие трудозатраты.

- Высокий уровень повреждений и потерь клубней картофеля

Основные условия применения:

1. Благоприятные почвенно-климатические условия.

2. Большие площади посадки.

3. Сжатые сроки уборки урожая.

4. Большая урожайность картофеля

Преимущества (+) и недостатки (-) технологии:

+ Высокая производительность.

+ Низкие трудозатраты.

+ Возможность реализация или хранения картофеля сразу после уборки (без доочистки).

- Высокий уровень повреждений клубней картофеля

Рис. 1. Основные способы и технологии механизированной уборки картофеля:

Ф1 - урожайность картофеля, т/га; Ф2 - влажность почвы, %; Фз - вид и состав почвы; Ф4 - качество получаемой продукции (картофель продовольственный, фуражный или семенной); Ф5 - длительность (возможность) хранения картофеля, дн.; Фб - площадь посадки картофеля, га; Ф7 - природно-климатические условия; Фз - сроки уборки, дн.;Фд - обеспеченность хозяйства трудовыми ресурсами, чел.; Ф10 - обеспеченность хозяйства свободными транспортными средствами в период уборки; Ф11 - наличие в хозяйстве картофелехранилищ;

Ф12 - наличие в хозяйстве оборудования для очистки и сортирования картофеля

Уборочный агрегат с копателем-погрузчиком стоит дороже, чем картофелекопатели, но меньше, чем комбайны (см. табл.). Высокая производительность копателей-погрузчиков позволяет убирать значительные площади картофеля с большой урожайностью в сжатые сроки, даже в сложных почвенно-климатических условиях. Вместе с этим, имеют место высокий уровень повреждений и потерь клубней, низкая чистота собранного урожая [2]. Кроме этого необходимо иметь в хозяйстве оборудование для послеуборочной доочистки клубней (см. рис. 3), а также свободные транспортные средства, так как выкапывание и погрузка урожая производится одновременно.

Наиболее перспективной является комбайновая технология уборки картофеля (см. табл.), при которой возможны низкие трудозатраты и высокая производительность. Картофелеуборочные комбайны позволяют убирать большие площади данной культуры в сжатые сроки, даже при высокой урожайности (более 200 ц/га). Наличие у комбайна переборочного стола обеспечивает допустимую по агротехническим требованиям чистоту клубней в бункере, без дополнительной доочистки, поэтому одним из вариантов данной технологии может быть реализация урожая сразу после уборки (см. рис. 3). Однако высокая стоимость данных уборочных машин и невозможность их использования в тяжелых почвенно-климатических условиях ограничивает условия применения комбайнов.

На основании хозяйственных испытаний усовершенствованных машин: копателей КСТ-1,4СТ - с пассивными круглыми дисками с почвозацепами [3], копателя-погрузчика Е-684 - с активным комкодавителем [4], ботвоудалителем пальчато-гребенчатого типа [5] и сепарирующей горкой с клубнесбрасывающим устройством [6], комбайна КПК-2СТ - с активным комкодавителем [4] и сепарирующей горкой с клубнесбрасывающим устройством [6] нами был произведен по стандартной [7] и оригинальным методикам [8-9] техникоэкономический расчет эффективности различных технологий уборки картофеля (табл.).

Технико-экономические показатели технологий уборки картофеля копателем, копателем-погрузчиком и комбайном

Технико- экономические показатели Уборка копателем Уборка копателем-погрузчиком Уборка комбайном

Технологические операции и реализация урожая

Уборка и ручной подбор клубней ак т ио ка ри ^ £ ро о 5 = £ р 1- Реализация урожая

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Агрегаты и оборудование (кол-во) _ (V н о н- о + сч со СО 1— г МТЗ-82 + 2ПТС-4 (3 агр.) Оборудование для обогрева, освещения, вентиляции и др. .р г а СО ю -П С .р г а н С 8 °? ш + 2 8- -З Т г МТЗ-82 + 2ПТС-4 (3 агр.) .р г а О Т м ф ю СО ю -П С Оборудование для обогрева, освещения, вентиляции и др. и .р иг ца т ю в, -П яС не С щТ .р г а Т С 2- П + 2 8- -З Т М .р г а 2( -С 1— С 2 + 2 8- -З Т М Оборудование для обогрева, освещения, вентиляции и др. иц .р г ял а СО ю я -П ин С

Стоимость агрегатов и оборудования, тыс. руб. со оъ ю СТ> (У) од ік «О О со СО 00 5 ю о~ ю сч оо о" од со ю 1^ СУ) од 5 Ю ю~ 5 7 <© ОТ О сч СО 8 о ю~ (У) 3 <© О со <© 5 6 СЧ СО СО °°_ со ю <© О со" о ом со~ 8 5 ю о~ ю V» <© о> О

Техника

Окончание табл.

1

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Трудозатраты, чел.'ч / т

общие по операциям

5,17

3,04

2,13

1,92

0,21

4,26

1,92

4,49

0,7

0,48

3,56

0,74

4,01

0,48

3,08

0,14

0,6

3,27

0,41

0,07

0,06

£

о»

0,41

<о

С<4

0,08

0,08

Эксплуатацион-

ные

затраты,

тыс. руб/т

/ \ общие

2,28

0,14

2,21

по операциям

0,1

2,14

2,11

2,09

1,17

0,98

1,13

1,95

0,14

0,97

0,11

1,06

0,15

0,82

0,87

0,89

0,15

0,7

0,17

со

о»

С<4

С4»?

0,54

0,35

о»

с»

С4»?

0,17

0,35

вариант 1: уборка -... - реализация урожая осенью (без хранения1 вариант 2: уборка -... - реализация урожая весной (с хранением) без учета стоимости капитальных строений.

2

3

4

5

На основе проведенного анализа технологий и машин для уборки картофеля следует отметить следующие факторы, влияющие на агротехнические показатели уборочной техники: копателей, копателей-погрузчиков и комбайнов (см. рис. 2).

Объектом воздействия при уборке в технологической цепочке любой уборочной машины является картофельный ворох, <р$ в состав которого входят клубни, почва и растительные примеси (см. рис. 2). Процентное соотношение данных компонентов меняется по времени, при реализации технологических процессов в результате взаимодействия вороха с рабочими органами картофелеуборочных машин.

На выбор той или иной технологии уборки на момент ее проведения оказывают влияние: 1) неуправляемые факторы Ф$); 2) управляемые факторы Ф$) и Zn (см. рис. 2).

Неуправляемые факторы связаны с условиями произрастания картофеля и его биологическими свойствами: природно-климатические условия, урожайность, влажность почвы, вид и состав почвы и др. Управляемые факторы Ф$) связаны с организационными и техническими мероприятиями.

Организационные мероприятия зависят от сроков уборки, длительности (возможности) хранения картофеля, необходимого качества получаемой продукции (продовольственный, фуражный и др. картофель), наличия в хозяйстве трудовых ресурсов и основных производственных фондов (транспортные средства, картофелехранилища, оборудование для очистки и сортировки картофеля и др.). Конструктивные и кинематические параметры рабочих органов являются управляемыми техническими факторами (мероприятиями) Zn , воздействия на которые возможны только во время проектирования картофелеуборочной техники.

Ф

Фр)

о

Ч

о

о

н

&

§

о

о

ч

а

А

I

с

о

и

8

(Ґ

со

>

О

и

о

с

2.1

Дw3

<Р

2.2

ср

10

Ф

г1,2,3(1поч , ^поч ,Ъд

гд

Ф

А

Ч

й

с

о

я

58

сЗ

ю

£

о

Ф

у Ф(г) "

2.1

3

ср

2.2

Дw1 Aw3

4.2

ср

5

ср

Ф

12

Дw2 Дw3 Д^ Дw2 Дw3

%4,5(кб , 8 кит ) '^6,7(^в.э. ,Нв) |

ф.

1 ‘

ср

Т

Х4,5(Нб,8

к

2.1

і

47Г

т

фЦ]_

2.2

Ф

ср

6

Дw1 Дw2 \ Дw3

8,9

ср

<Р(1

11

Фі

8

(ґ

О

О

4 8

5 5 5 *

* О й &

Л сЗ

* « , н

8

8

сЗ

со

8

и

Рч

Ф;

Технологические процессы картофелеуборочных машин:

1 - подкоп клубненосного пласта;

2 - сепарация почвенных примесей

(2.1 - основной транспортер, 2.2 - дополнительный транспортер); 3 - комко-давитель; 4 - орган первичной сепарации (4.1 - редкопрутковый транспортер, 4.2 - ботвоудалитель пальчато-

гребенчатого типа); 5 - вторичная сепарация мелких почвенных и растительных примесей (сепарирующая горка с клубнесбрасывающим отбойным валиком); 6 - транспортирование вороха на второй ярус комбайна (ковшовый

транспортер); 7 - ручная доочистка клубней и отделение примесей (переборочный стол на комбайне); 8 - выгрузка клубней на поле; 9 - ручной сбор клубней в тару; 10 - загрузка тары с клубнями в транспортное средство; 11 - загрузка клубней в бункер комбайна; 12 - загрузка клубней в кузов транспортного средства;

Г~1 - перспективные направления совершенствования технологических процессов уборочных машин:

Zn (1поч, Ь пен, Нп , Ьб, Sкит, Ьв.э., Нв, Ш1тах,

Ьпг) - кинематические и конструктивные параметры рабочих органов (рис.3); Ф(I) - неуправляемые факторы (рис.3); Ф() - управляемые факторы (рис.3); ф(1) - состав картофельного вороха; Д\М1 - повышение полноты отделения почвенных примесей,%; Д|^2 - повышение полноты отделения растительных примесей, %; Д\мз - снижение количества повреждений клубней, %

9

1

8

г

п

г

г

п

п

1

г

г

п

п

3

1

5

7

г

п

г

п

г

г

г

п

п

п

Рис. 2. Модель технологических процессов картофелеуборочных машин

Факторы, влияющие на технологические процессы уборочных машин

]

1

Неуправляемые факторы

Управляемые факторы 1п, Ф0)

Ф7 - природноклиматические условия

- перспективные факторы для усовершенствованна технологических процессов

Рис. 3. Основные факторы, влияющие на технологические процессы

По результатам хозяйственных испытаний уборочных машин нами были установлены основные перспективные направления совершенствования технологических процессов: для копателей - подкапывание клубненосного пласта; для копателей-погрузчиков - разрушение почвенных комков, ботвоудаление и сепарация растительных и почвенных примесей; для комбайнов - разрушение почвенных комков и сепарация примесей.

Новые рабочие органы в той или иной степени оказывают влияние на агротехнические показатели картофелеуборочных машин. По результатам анализа научных и лабораторных исследований нами проведено ранжирование основных факторов (параметров рабочих органов), управляемых техническими мероприятиями, и определены перспективные направления для оптимизации технологических процессов (см. рис. 3):

1) подкоп клубненосного пласта - длина и высота почвозацепов пассивного круглого диска 1поч, Ьпоч, которые влияют на общее тяговое сопротивление Нп подкапывающего рабочего органа;

2) разрушение почвенных комков - толщина покрышки баллона комкодавителя Ьб и давление воздуха в камере баллона комкодавителя рв,

3) сепарация растительных примесей - рабочий зазор между отрывным валиком пальчатогребенчатого ботвоудалителя и сепарирующим транспортером Ье.э и высота выступа отрывного валика бот-воудалителя Н;

4) вторичная сепарация примесей - угловая скорость вращения отбойного валика шыах продольной горки и рабочий зазор между ее пальчатым полотном и отбойным валиком Ьпг.

Механико-математическое моделирование вышеуказанных технологических процессов необходимо с целью определения рациональных конструктивных и кинематических параметров соответствующих рабочих органов и внедрение последних позволит добиться увеличения производительности уборочных машин за счет повышения полноты отделения почвенных примесей - Д\М1, растительных примесей - Д\М2 , а также уменьшения количества повреждений клубней картофеля - Д\мз (см. рис. 2).

Литература

1. Петров, Г.Д. Картофелеуборочные машины / Г.Д. Петров. - М.: Машиностроение, 1984. - 320 с.

2. Колчин, Н.Н. Картофель. Технологии и комплексы машин для возделывания важнейших сельскохозяйственных культур / Н.Н. Колчин [и др.]. - М.: ИНФРА-М, 1997. - Ч.1. - С. 1-104.

3. Пат. № 37905, Российская Федерация, М.кл.2 А 01 D 25/04. Выкапывающий рабочий орган картофелеуборочного комбайна / И.Н. Кирюшин, С.Н. Борычев, С.Р. Баскаков [и др.]. - Опубл. 20.05.2004, Бюл. № 14.

4. Пат. № 2254703, Российская Федерация, М.кл.7 А 01 Д 33/00. Комкодавитель картофелеуборочной машины / С.Н. Борычев. - Опубл. 27.06.2005, Бюл. № 18.

5. Пат. № 2225689, Российская Федерация, М.кл.2 А 01 Д 33/02. Ботвоудаляющее устройство / С.Н. Борычев. - Опубл. 20.03.2004, Бюл. № 8.

6. Пат. № 2245011, Российская Федерация, М.кл.7 А 01 D 33/08. Устройство для отделения корнеклубнеплодов от примесей / С.Н. Борычев, Г.К. Рембалович, И.А. Успенский. - Опубл. 27.01.2005, Бюл. № 3.

7. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники: утв. 23.07.1997. - М., 1998. - 87 с.

8. Борычев, С.Н. Эффективность усовершенствованного картофелекопателя ККЭ-2СТ / С.Н. Борычев // Техника и оборудование для села. - 2006. - № 2. - С. 27.

9. Рембалович, Г.К. Расчет технико-экономической эффективности применения модернизированной се-паирующей горки на картофелеуборочном копателе-погрузчике / Г.К. Рембалович, С.Н. Борычев, И.А. Успенский // Проблемы с.-х. машиностроения: Изв. ТГУ. - 2004. - №1. - С. 14-17.