Помощь студентам в учебе
Исследование взаимодействия клубней картофеля с рабочими органами сельскохозяйственных машин.
|
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.
1.1. Состояние вопроса по теме и выбор направления исследования 9
1.2. Постановка задачи 16
ГЛАВА 2. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ПРОЧНОСТИ КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ.
2.1. Виды повреждений клубней картофеля 21
2.2. Особенности клеточного строения клубня картофеля 24
2.3. Влияние параметров ударных процессов на повреждаемость клубней картофеля 28
2.4. Зависимость механических повреждений клубней картофеля от конструкции, формы, покрытия и режимов работы рабочих органов уборочных машин 29
2.5. Сортовые особенности и их влияние на устойчивость клубней к механическим повреждениям 31
2.6. Влияние удобрений на прочность клубней
картофеля 34
2.7. Приборы и методы оценки механической прочности клубней картофеля 36
2.8. Выводы по 2 главе 47
-3-
ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИИ И РАЗРУШЕНИЯ КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ.
3.1. Оболочка клеток клубней - основа их структурной организации
и прочности 48
3.2. Реологическая модель механических свойств мякоти клубней картофеля 51
3.3. Теория прочности мякоти клубней картофеля 73
3.4. Повреждаемость клубней при действии ударных
нагрузок 76
3.5. Волны деформаций и напряжений в клубнях картофеля при ударах 81
3.6. Взаимодействие клубней картофеля с рабочими органами v сельскохозяйственных машин 87
3.7. Выводы по 3 главе 95
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ, МАССОВЫХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МЯКОТИ И КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ.
4.1. Методика и результаты определенияния геометрических и
массовых характеристик клубней картофеля 97
4.2. Методика и результаты испытаний механических свойств клубней картофеля при статических нагрузках 105
4.3. Методика и результаты экспериментальных исследований механических свойств клубней картофеля при ударных воздействиях 114
4.4. Обеспечение механической сохранности клубнях картофеля
при механизированном возделывании 122
4.5. Выводы по 4 главе 126
ГЛАВА 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. ... 128
1.1 Выводы по 5 главе 132
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 133
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 135
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.
1.1. Состояние вопроса по теме и выбор направления исследования 9
1.2. Постановка задачи 16
ГЛАВА 2. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ПРОЧНОСТИ КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ.
2.1. Виды повреждений клубней картофеля 21
2.2. Особенности клеточного строения клубня картофеля 24
2.3. Влияние параметров ударных процессов на повреждаемость клубней картофеля 28
2.4. Зависимость механических повреждений клубней картофеля от конструкции, формы, покрытия и режимов работы рабочих органов уборочных машин 29
2.5. Сортовые особенности и их влияние на устойчивость клубней к механическим повреждениям 31
2.6. Влияние удобрений на прочность клубней
картофеля 34
2.7. Приборы и методы оценки механической прочности клубней картофеля 36
2.8. Выводы по 2 главе 47
-3-
ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИИ И РАЗРУШЕНИЯ КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ.
3.1. Оболочка клеток клубней - основа их структурной организации
и прочности 48
3.2. Реологическая модель механических свойств мякоти клубней картофеля 51
3.3. Теория прочности мякоти клубней картофеля 73
3.4. Повреждаемость клубней при действии ударных
нагрузок 76
3.5. Волны деформаций и напряжений в клубнях картофеля при ударах 81
3.6. Взаимодействие клубней картофеля с рабочими органами v сельскохозяйственных машин 87
3.7. Выводы по 3 главе 95
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ, МАССОВЫХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МЯКОТИ И КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ.
4.1. Методика и результаты определенияния геометрических и
массовых характеристик клубней картофеля 97
4.2. Методика и результаты испытаний механических свойств клубней картофеля при статических нагрузках 105
4.3. Методика и результаты экспериментальных исследований механических свойств клубней картофеля при ударных воздействиях 114
4.4. Обеспечение механической сохранности клубнях картофеля
при механизированном возделывании 122
4.5. Выводы по 4 главе 126
ГЛАВА 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. ... 128
1.1 Выводы по 5 главе 132
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 133
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 135
Для улучшения материального и культурного благосостояния народа России в современных сложных экономических условиях, основной задачей народного хозяйства является удовлетворение спроса населения на основные товары народного потребления, в том числе на продукты питания.
Решению поставленной задачи должны способствовать: интенсивное развитие агропромышленного комплекса страны, предоставление, полной самостоятельности основному производственному звену сельского хозяйства, реорганизация управления производством, укрепление материально - технической базы на основе новейших достижений науки и техники.
Одной из важнейших отраслей сельского хозяйства нашей страны является картофелеводство. Картофель, занимая не более 3% посевных площадей, дает 14% валовой продукции растениеводства и почти 8% валового производства всего сельского хозяйства. Продукция картофелеводства широко используется на производственные цели, для технической переработки и в качестве корма в животноводстве. В мировом масштабе производства продуктов сельского хозяйства картофель, как наиболее продуктивная культура умеренного пояса, занимает также видное место.
В 1994 году, например, мировой сбор картофеля составил 265,4 млн. тонн с площади 18,2 млн. га при средней урожайности 14,0 т/га. Россия в 1999 году с площади 3,2 млн. га собрала 30,6 млн. тонн картофеля (средняя урожайность 9,6 т/га), что превышает 10% мирового его производства.
Следует подчеркнуть, что картофель не только богат крахмалом и служит источников питания, но и отличается большими запасами энергии и белка в расчете на единицу площади. Белок картофеля благодаря сбалансированности по аминокислотному составу должен быть отнесен к биологически наиболее ценному растительному белку. Со 100 г картофеля удовлетворяется дневная потребность человека в белке на 8%, а железа - на 10%, в витамине С - на 20- 50%, в витамине В - на 10% и энергетическая потребность на 3% [37].
Значение картофеля в питании человека в будущем, по мнению исследователей, не только не снизится, а наоборот, возрастет, из него будут производить новые пищевые продукты, полуфабрикаты. Для обеспечения более устойчивого развития отрасли в последние годы проводится целенаправленная работа по совершенствованию и внедрению интенсивных технологий возделывания картофеля, создаются новые высокоурожайные сорта, улучшается система первичного семеноводства. Продолжается специализация и концентрация картофелеводства. В 5 тыс. специализированных картофелеводческих хозяйствах страны (примерно 15% общего количества хозяйств возделывающих картофель) сосредоточено 50% посевных площадей и 57% общего валового производства картофеля в общественном секторе. Эти хозяйства являются основными поставщиками товарного картофеля [62].
Эффективность картофелеводства в значительной степени зависит от производства семенного картофеля. К составляющим этого производства относятся селекция, создающая генетическую основу семеноводства - сорт, и связанное с ней размножение семенного материала. Сорт во многом определяет урожай,как правило, новые сорта превосходят старые по урожайности. Исследованиями и практикой установлена высокая эффективность сортосмены: прибавка урожая составляет от 10 до 30% по сравнению со старыми сортами [37]. Однако картофель - самая энергоемкая сельскохозяйственная культура, в настоящее время производство картофеля характеризуется высокой трудоемкостью. Около 500 Чел.* ч. затрачивается на возделывние 1 га картофеля, причем от 40 до 60 % из них приходится на уборку. Недостаток рабочих в этот период приводит к растягиванию сроков выполнения работ, что отражается на потере урожая в пределах 20% и более. В то же время разработанные и испытанные в производственных условиях интенсивные технологии призводства картофеля обеспечивают гарантированное получение урожайности культуры на уровне от 200 до 250 ц/га с затратами труда от 0.8 до 1 чел. ч. на 1 ц. продукции. [62]
Таким образом, современная технология производства картофеля
- это высококачественный семенной материал наиболее продуктивных сортов, современная техника (система машин), оптимальные дозы удобрений, эффективные гербициды и средства защиты растений от вредителей и болезней, совершенные формы организации и оплаты труда, то есть комплексное применение всех элементов и факторов производства.
Различные сорта картофеля, кроме урожайности, в разной степени обладают такими наследуемыми признаками, как выход крахмала, продолжительность вегетации, устойчивость к болезням, вредителям, неблагоприятным факторам среды и т.д . А в связи с совершенствующимися приемами и способами возделывания и уборки, а также длительного хранения картофеля к новым сортам предъявляются дополнительные требования. Так , возрастающий удельный вес механических повреждений клубней при уборке, закладке на хранение и транспортировке определил необходимость вести селекцию на повышенную устойчивость картофеля к механическим v нагрузкам [37].
В связи с этим у нас в стране и за рубежом изучаются и разрабатываются методики и средства для определения пригодности сортов к механизированной уборке. Для оценки истинной устойчивости к механичеческим повреждениям лучше всего проводить обычную уборку с использованием стандартных уборочных машин и операций и с использованием больших партий клубней. Но такой метод нельзя применять непосредственно во время выведения новых сортов, он возможен только на последней стадии селекционного процесса - перед передачей сорта на государственные испытания. Поэтому необходимы методики и технические средства, позволяющие в ходе селекционного процесса оценивать селекционный материал на устойчивость к механическим повреждениям, еще на ранних этапах выведения, когда имеется в наличии небольшое количество клубней
Решению поставленной задачи должны способствовать: интенсивное развитие агропромышленного комплекса страны, предоставление, полной самостоятельности основному производственному звену сельского хозяйства, реорганизация управления производством, укрепление материально - технической базы на основе новейших достижений науки и техники.
Одной из важнейших отраслей сельского хозяйства нашей страны является картофелеводство. Картофель, занимая не более 3% посевных площадей, дает 14% валовой продукции растениеводства и почти 8% валового производства всего сельского хозяйства. Продукция картофелеводства широко используется на производственные цели, для технической переработки и в качестве корма в животноводстве. В мировом масштабе производства продуктов сельского хозяйства картофель, как наиболее продуктивная культура умеренного пояса, занимает также видное место.
В 1994 году, например, мировой сбор картофеля составил 265,4 млн. тонн с площади 18,2 млн. га при средней урожайности 14,0 т/га. Россия в 1999 году с площади 3,2 млн. га собрала 30,6 млн. тонн картофеля (средняя урожайность 9,6 т/га), что превышает 10% мирового его производства.
Следует подчеркнуть, что картофель не только богат крахмалом и служит источников питания, но и отличается большими запасами энергии и белка в расчете на единицу площади. Белок картофеля благодаря сбалансированности по аминокислотному составу должен быть отнесен к биологически наиболее ценному растительному белку. Со 100 г картофеля удовлетворяется дневная потребность человека в белке на 8%, а железа - на 10%, в витамине С - на 20- 50%, в витамине В - на 10% и энергетическая потребность на 3% [37].
Значение картофеля в питании человека в будущем, по мнению исследователей, не только не снизится, а наоборот, возрастет, из него будут производить новые пищевые продукты, полуфабрикаты. Для обеспечения более устойчивого развития отрасли в последние годы проводится целенаправленная работа по совершенствованию и внедрению интенсивных технологий возделывания картофеля, создаются новые высокоурожайные сорта, улучшается система первичного семеноводства. Продолжается специализация и концентрация картофелеводства. В 5 тыс. специализированных картофелеводческих хозяйствах страны (примерно 15% общего количества хозяйств возделывающих картофель) сосредоточено 50% посевных площадей и 57% общего валового производства картофеля в общественном секторе. Эти хозяйства являются основными поставщиками товарного картофеля [62].
Эффективность картофелеводства в значительной степени зависит от производства семенного картофеля. К составляющим этого производства относятся селекция, создающая генетическую основу семеноводства - сорт, и связанное с ней размножение семенного материала. Сорт во многом определяет урожай,как правило, новые сорта превосходят старые по урожайности. Исследованиями и практикой установлена высокая эффективность сортосмены: прибавка урожая составляет от 10 до 30% по сравнению со старыми сортами [37]. Однако картофель - самая энергоемкая сельскохозяйственная культура, в настоящее время производство картофеля характеризуется высокой трудоемкостью. Около 500 Чел.* ч. затрачивается на возделывние 1 га картофеля, причем от 40 до 60 % из них приходится на уборку. Недостаток рабочих в этот период приводит к растягиванию сроков выполнения работ, что отражается на потере урожая в пределах 20% и более. В то же время разработанные и испытанные в производственных условиях интенсивные технологии призводства картофеля обеспечивают гарантированное получение урожайности культуры на уровне от 200 до 250 ц/га с затратами труда от 0.8 до 1 чел. ч. на 1 ц. продукции. [62]
Таким образом, современная технология производства картофеля
- это высококачественный семенной материал наиболее продуктивных сортов, современная техника (система машин), оптимальные дозы удобрений, эффективные гербициды и средства защиты растений от вредителей и болезней, совершенные формы организации и оплаты труда, то есть комплексное применение всех элементов и факторов производства.
Различные сорта картофеля, кроме урожайности, в разной степени обладают такими наследуемыми признаками, как выход крахмала, продолжительность вегетации, устойчивость к болезням, вредителям, неблагоприятным факторам среды и т.д . А в связи с совершенствующимися приемами и способами возделывания и уборки, а также длительного хранения картофеля к новым сортам предъявляются дополнительные требования. Так , возрастающий удельный вес механических повреждений клубней при уборке, закладке на хранение и транспортировке определил необходимость вести селекцию на повышенную устойчивость картофеля к механическим v нагрузкам [37].
В связи с этим у нас в стране и за рубежом изучаются и разрабатываются методики и средства для определения пригодности сортов к механизированной уборке. Для оценки истинной устойчивости к механичеческим повреждениям лучше всего проводить обычную уборку с использованием стандартных уборочных машин и операций и с использованием больших партий клубней. Но такой метод нельзя применять непосредственно во время выведения новых сортов, он возможен только на последней стадии селекционного процесса - перед передачей сорта на государственные испытания. Поэтому необходимы методики и технические средства, позволяющие в ходе селекционного процесса оценивать селекционный материал на устойчивость к механическим повреждениям, еще на ранних этапах выведения, когда имеется в наличии небольшое количество клубней
На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие основные выводы:
1. При расчетах напряжений и деформаций в клубнях картофеля мякоть считаем однородной сплошной средой. Модель мякоти состоит из упругой и упруго - вязкой частей, соединенных последовательно.
2. Предел прочности, модуль упругости и коэффициент вязкости мякоти клубней зависят от скорости относительной деформации. Разрушение происходит при достижении относительной деформации 0.08.
3. Расчет прочности клубней при сложном напряженном состоянии необходимо проводить с помощью феноменологической теории прочности Мора, учитывающей разную прочность мякоти клубней при растяжении и сжатии. У сорта "Невский" при ударе предел прочности сжатия 3 МПа, а растяжения -1.6 МПа.
4. При ударе работает только упругая часть модели. Модуль упругости у сорта "Невский" составил, в среднем, 45.6 МПа, а предел прочности - 3 МПа. У сорта "Пригожий" - соответственно: 20.3 МПа и
1.4 МПа.
5. Соударение клубней с рабочими органами приводит к распространению волн упругих деформаций со скоростью 200 м/с. При скоростях соударения от 9 до 13 м/с мякоть повреждается независимо от силы удара. Это необходимо учитывать при измельчении клубней.
6. Разработанные методики позволяют подбирать рациональное по жесткости и толщине упругое покрытие рабочего органа и определять предельно допустимые амплитудно - частотные характеристики колебаний рабочих органов, взаимодействующих с клубнями картофеля.
-134-
7. Предел прочности и модуль упругости мякоти рекомендуется определять методом внедрения цилиндрического наконечника в клубни картофеля.
8. Определенные в работе механические и размерные характеристики клубней картофеля позволяют по формулам контактной прочности проводить расчет любых случаев соударения клубней с рабочими органами.
9. Годовой экономический эффект от внедрения только одного приборного комплекса в селекции составит 8076 руб. в ценах 2001 года.
1. При расчетах напряжений и деформаций в клубнях картофеля мякоть считаем однородной сплошной средой. Модель мякоти состоит из упругой и упруго - вязкой частей, соединенных последовательно.
2. Предел прочности, модуль упругости и коэффициент вязкости мякоти клубней зависят от скорости относительной деформации. Разрушение происходит при достижении относительной деформации 0.08.
3. Расчет прочности клубней при сложном напряженном состоянии необходимо проводить с помощью феноменологической теории прочности Мора, учитывающей разную прочность мякоти клубней при растяжении и сжатии. У сорта "Невский" при ударе предел прочности сжатия 3 МПа, а растяжения -1.6 МПа.
4. При ударе работает только упругая часть модели. Модуль упругости у сорта "Невский" составил, в среднем, 45.6 МПа, а предел прочности - 3 МПа. У сорта "Пригожий" - соответственно: 20.3 МПа и
1.4 МПа.
5. Соударение клубней с рабочими органами приводит к распространению волн упругих деформаций со скоростью 200 м/с. При скоростях соударения от 9 до 13 м/с мякоть повреждается независимо от силы удара. Это необходимо учитывать при измельчении клубней.
6. Разработанные методики позволяют подбирать рациональное по жесткости и толщине упругое покрытие рабочего органа и определять предельно допустимые амплитудно - частотные характеристики колебаний рабочих органов, взаимодействующих с клубнями картофеля.
-134-
7. Предел прочности и модуль упругости мякоти рекомендуется определять методом внедрения цилиндрического наконечника в клубни картофеля.
8. Определенные в работе механические и размерные характеристики клубней картофеля позволяют по формулам контактной прочности проводить расчет любых случаев соударения клубней с рабочими органами.
9. Годовой экономический эффект от внедрения только одного приборного комплекса в селекции составит 8076 руб. в ценах 2001 года.