29 | 07 | 2017
Учебные материалы
Для преподавателей
Работы студентов
Справочная и техническая литература
Статьи по темам

Свойства сельскохозяйственных материалов

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 4.50 (2 Голосов)

Свойства сельскохозяйственных материалов как основа понимания технологических процессов и создания новых рабочих органов сельскохозяйственных машин.

1.  Значение МТС СХМ в изучении процессов, происходящих в сельскохозяйственном производстве и в создании рабочих органов для новых машин.

2.  Роль ученых в разработке вопросов “Земледельческой механики” и науки о свойствах с.-х. материалов.

3.  Математическая обработка результатов опытов.

4. Основные этапы создания с.-х. машин и орудий.

Значение МТС СХМ в изучении процессов, происходящих в сельскохозяйственном производстве и в создании рабочих органов для новых машин

Изучение механико-технологических свойств сельскохозяйственных материалов тесно связано с их биологическими и физическими особенностями, размерно-массовыми показателями, климатическими условиями произрастания, переработки, обработки и т. д.

В зависимости от взаимодействия различных сельскохозяйственных материалов с рабочими органами машин, а так же технологических процессов переработки и обработки их разделяют на такие виды:

– почвы;

– удобрения;

– материалы химической защиты растений;

– материалы растительного происхождения.

При работе сельскохозяйственных машин происходит воздействие их рабочих органов на эти материалы, которые обобщенно называют сельскохозяйственными материалами. К таким материалам относится почва, удобрения, ядохимикаты, растения.

Почва – основное средство сельскохозяйственного производства, на которое влияют различными способами обработки почвы, удобрениями, мелиорацией с целью получения наибольшего урожая при наименьших затратах.

Почва, как физическая среда, состоит из трёх фаз:

Твердая – специфическая часть твердой фазы почвы является Гумус, который определяет потенциальную урожайность почвы;

Жидкая (грунтовая вода);

Газообразная (почвенный воздух).

По степени каменистости почвы разделяют на такие категории:

Некаменистые – почва нормальная для обработки;

Слабокаменистые – почва считается нормальной, однако наблюдается ускоренный износ рабочих органов орудий обработки, особенно лемехов и полевых досок плуга;

Среднекаменистые – для нормальной обработки почвы необходимо «вычёсывание» большого каменистого материала;

Сильнокаменистые – для выращивания однолетних культур необходимо проведение мелиоративных работ для извлечения и удаления камней с поля.

Большинство физико-механических и технологических свойств почв зависит от их гранулометрического состава, который в значительной мере определяет урожайность почв и степень трудоёмкости их механической обработки.

По гранулометрическому составу почвы подразделяют на: песчаные, супесчаные, суглинковые, и глинистые.

Удобрения Классифицируются по способу производства, химическим составом, физическим состоянием, назначением, происхождением и поэтому их разделяют на минеральные и органические.

Минеральные удобрения:

Азотные удобрения (нитратные (натриевая, кальциевая, калийная селитра), аммонийные (аммиачная вода, безводный аммиак, сульфат аммония), аммонийно-нитратные (аммиачная селитра, известково-аммиачная селитра), амидные (цианамид кальция, известь гранулированная));

Фосфорные удобрения (фосфаты (суперфосфат, термофосфат, томасфосфат) и фосфориты (рюнафос, гиперфос));

Калийные удобрения включают калийную соль, камекс, сульфат калия;

Микроудобрения (молибденовые, медные, марганцевые);

Комплексные (смешанные – получают механически путём и сложные – химическим путём);

Известковые удобрения.

Органические удобрения (навоз (биогумус)) – самое ценное органическое удобрение. Для примера в 20 т полу перепревшего навоза накоплено столько элементов питания, сколько в 3 ц аммиачной селитры, 2,5 ц суперфосфата, 2 ц хлорида кальция вместе взятых. Кроме элементов питания навоз обладает дополнительным источником углекислого газа. В момент внесения биогумуса в почву под действием микроорганизмов происходит интенсификация разложения органических кислот, которые взаимодействуют с минеральной составляющей почвы, что в результате приводит к активизации биологических процессов.

Однако биогумус изменяет свои механические и биологические свойства в зависимости от длительности и способа хранения. Во время изучения физико-механических свойств биогумуса необходимо учитывать следующие моменты:

– наличие и вид поголовья животных;

– способ содержания животных (стойловый либо безпривязный);

– количество подстилки и кормов, которые заготовляют;

– длительность, место и способ хранения навоза;

– уровень механизации сбора навоза с помещений.

Различают четыре стадии разложения навоза во время хранения:

– свежий, который слабо разложился;

– полу перепрелый;

– перепрелый;

– перегной.

Материалы химической защиты растений по объекту применения подразделяются на:

Гербициды – для борьбы с бурьянами;

Фунгициды – для борьбы с болезнями;

Зооциды – для борьбы с грызунами;

Инсектециды – для борьбы с вредными насекомыми;

По составу действующего вещества разделяются на следующие группы:

– промышленного органического синтеза;

– растительного, бактериального, грибного происхождения;

– неорганические препараты.

По способу проникновения в организм пестициды подразделяют на яды Кишечного, контактного либо комбинированного действия.

Материалы растительного происхождения могут быть полевыми либо плодово-ягодными культурами.

Полевые культуры состоят из семи групп.

1 группа. Зерновые (пшеница, рожь, овёс, ячмень, рис, кукуруза, просо, сорго, гречка) и Зернобобовые (горох, чечевица, нут, вика, конский боб, фасоль, соя, люпин) культуры.

2 группа. Масличные (подсолнечник, арахис, рицина, сафлор, кунжут, мак, рапс) и Эфиромасличные (кориандр, анис, тмин, лаванда, роза) культуры.

3 группа. Прядильные (конопля, кенаф, канатник, джут, хлопчатник) культуры.

4 группа. Наркотические (табак, махорка) культуры.

5 группа. Корнеклубнеплоды Подразделяются на клубнеплоды (картошка, земляная груша) и корнеплоды (сахарная свекла, кормовая свекла, брюква, кормовая морковка и т. д.).

6 группа. Овоще– бахчевые Культуры подразделяются на овощи (столовая свекла, морковка, редиска, капуста, огурцы, томаты, перец, баклажаны, лук, чеснок, зелёный горошек) бахча (арбузы, тыквы, дыни, кабачки).

7 группа. Кормовые травы разделяют на две группы:

– многолетние (клевер, люцерна, тимофеевка);

– однолетние (вика, суданская трава, люпин).

Плодовые и ягодные растения состоят из шести групп.

1 группа. Деревья (яблоня, вишня, слива, черешня, абрикос, грецкий орех и т. д.).

2 группа. Кустоподобно-одревесневшие (кустоподобные вишни, сливы, айва, фундук, инжир, дёрен и т. д.).

3 группа. Кусты (смородина, агрус и т. д.).

4 группа. Полукусты (малина, ежевика).

5 группа. Многолетние травянистые растения (клубника, зеляника).

6 группа. Лиановые (актинидия, китайский лимонник).

Все плодовые и ягодные культуры, как и полевые имеют три основных вегетативных органа: корень, стебель, и листок.

Из перечисленных агрофизических особенностей растений на принципиальную схему и технологию механизированной уборки в наибольшей мере влияют: размещение растений и органов в пространстве, размеры и масса плодов та основных органов, их влажность, прочность, густота стеблестоя, урожайность и т. д.

Из растений при переработке получают зерно, семена, колоски, стебли, плоды, листья, цветы и многое другое. Свойства и особенности всех этих материалов изучаются и учитываются при проектировании и эксплуатации сельскохозяйственных машин. Поэтому ученые, конструктора и просто инженера должны знать свойства и особенности этих материалов.

Для примера 1. Конструкция рабочих поверхностей плуга разрабатывается с учетом плотности, структуры, влажности, коэффициента трения почвы по металлу и т. д. Благодаря этому современные корпуса более износостойки, с низким коэффициентом трения и с хорошими энергетическими показателями (удельное сопротивление, тяговое усилие).

2. Для механизированной уборки яблок необходимо разработать рабочие органы, которые бы учитывали высоту деревьев, расположение яблок на ветках, густоту веток, расстояние между деревьями, урожайность, размер плода, сорт, допустимую нагрузку при сдавливании, падении, прокалывании и многое другое. Чем больше мы знает о свойствах культуры, тем более совершенны рабочие органы, которые мы можем создать.

Роль ученых в разработке вопросов “Земледельческой механики” и науки о свойствах с.-х. материалов

Вы видите, насколько важна и необходима эта наука. Поэтому все известные ученые, связанные с сельским хозяйством, значительную часть своих трудов посвящают изучению МТС СХМ.

Так в древней Руси при правлении Ивана 3 (15 век нашей эры), были заведены так званые «Писцовые книги» в которых описывался рельеф местности, земельные угодия – пахота, леса, болота, почвы с распределением их по земельному составу, и урожайности растений.

Рациональная формула, предложенная академиком В. П. Горячкиным для силы тягового сопротивления плуга, связала определённые показатели свойств почвы с параметрами рабочих органов и заложила дальнейшее развитие вопросов обработки почвы в трудах И. Ф. Василенка, В. А. Желиговского, Г. М. Синеокова и других учёных.

Историческим этапом в развитии полевых исследований с удобрениями в Украине является организация в 1897 году Иванковской исследовательской станции заведующим которой был М. Я. Жуков – выдающийся агроном. На полях этой станции были заложены одни из первых опытов по изучению действия удобрений в севообороте.

С первых шагов развития земледелия человеку приходилось постоянно защищать свои посевы от диких животных, птиц, набегам саранчи которые в 19 веке имели масштабные стихийные бедствия.

Древние римляне использовали против насекомых и болезней растений пепел, навоз, серу, а также приготавливали сложные смеси.

В нашем университете разработкой рабочих органов для почвообработки с бионической точки зрения занимается доктор технических наук, профессор Бабицкий Л. Ф. Особенностями строения и механико-технологическими свойствами плодов при их транспортировке занимается доктор технических наук, профессор Беренштейн И. Б. Особенностями строения виноградного куста, особенно механико-технологическими свойствами листового аппарата занимается доктор сельскохозяйственных наук, профессор Догода П. А. и другие учёные. Поэтому эта наука так важна.

Для чего нужна математическая обработка результатов опытов?

Вам предстоит проводить лабораторные исследования по изучению различных свойств с. х. материалов.

Математическая статистика помогает исследователю в выборе оптимальных условий опыта, дает объективную, количественную оценку экспериментальным данным.

Основные понятия математической статистики.

Существует такое понятие как Изменчивость или Варьирование – это основное свойство условных единиц (растений, зерен, показателей твердости т. д.) отличаться друг от друга.

Различают Количественную изменчивость, которая может быть изменена и Качественную, которая не поддается изменению.

Количественная изменчивость между вариантами выражается: Количеством – массой, высотой, урожаем и т. д. Различают два вида количественной изменчивости: Прерывистую (дискретную) и непрерывную.

Качественной изменчивостью называют такое варьирование, когда различия между вариантами выражаются качественными показателями, которые одни варианты имеют, а другие нет (Цвет, вкус, запах).

Если признак принимает только два значения (целый, дробленный), то изменчивость называется альтернативной, т. е. двояковозможной.

Метод выборки данных результатов экспериментов. Всю группу объектов, подлежащих изучению называют Генеральной совокупностью, а ту часть объектов, которая попала на исследование, называют Выборкой.

Исследуя Выборку, получают сведения обо всей Генеральной совокупности.

Каждая численная величина изучаемого признака называется Вариантами. Величины всей выборочной совокупности – Вариационными рядами.

Итак, запишем Вариационным рядом называют такой ряд данных, в которых указаны возможные значения варьирующего признака (количественные характеристики) в порядке возрастания или убывания (ранжированный ряд) и соответствующие им частоты (количество результатов опытов).

Для примера были проведены исследования величины роста 400 студентов механического факультета, для определения средней высоты студентов. Результаты были распределены, согласно, Закона нормального распределения, который представлен на рис.1. Мы видим, что существуют пределы Генеральной совокупности От 1,7 метра до 2,05 метра и эти Варианты определены всего лишь в 100 замерах, а доминирующему числу замеров свыше 300 соответствует размер 1,87 метра, что является средним значением роста студентов. Это говорит о том, чем больше мы проводим опытов, тем точнее и результат.

 Закона нормального распределения

Рис. 1. Закон нормального распределения. Кривая Гаусса распределения.

Далее, основные статистические характеристики вариационных рядов

Средняя арифметическая – это обобщенная характеристика Всей генеральной  совокупности в целом:

,

Где ХI – значение полученных результатов;

N – количество опытов.

Среднеквадратическое отклонение отдельного результата (дисперсии) – это средняя арифметическая квадратов отклонений отдельных значений Варьирующего признака от его среднего арифметического значения (СИГМА):

Среднеквадратическое отклонение отдельного результата (дисперсии)

Показывает наиболее вероятное отклонение результата от его среднего значения. Дисперсии служат основными мерами вариации и рассеяния изучаемого признака. Показатель называется числом степеней свободы вариации.

При нормальном распределении в пределах всех замеров основное ядро изучаемого ряда величин укладывается 68,3% (рис. 2).

Значение считается предельной ошибкой отдельного наблюдения, т. к. вероятность встретить варианту в пределах равна 99,7%.

Среднеквадратическое отклонение в виде схемы

Рис. 2 Среднеквадратическое отклонение в виде схемы

Коэффициент вариации характеризует изменчивость полученных результатов, выраженную в процентах.

Коэффициент вариации,

Изменчивость считается незначительной, если , средняя от 10 до 20% и значительная – превышает 20%.

Ошибка выборочной средней или ошибка выборки

Ошибка выборочной средней,

где – измеряется в тех же единицах, что и измеряемая величина.

Величина ошибок зависит от степени изменчивости изучаемого признака и от объема выборки.

Относительная ошибка выборочной средней определяется по формуле

Относительная ошибка выборочной средней

И называется точностью опыта.

Для полевых исследований принято считать, что точность опыта очень хорошая, если ,

- хорошая,

- вполне удовлетворительная

и - удовлетворительная.

Повторность опыта (количество измерений) зависит от степени варьирования данного признака, и от точности, с которой нужно получить результат.

Исходя из этого, повторность опыта N определяется из выражения

Повторность опыта (количество измерений),

где V – коэффициент вариации;

– точность опыта.

При испытании растительных объектов достаточно иметь 4%-ную точность опыта.

Таблица - Количество повторностей опыта N в зависимости

От коэффициента вариации V при

Изучаемый признак объекта

V

Nmin

Nmax

1. Размеры плодов

1-10

10

100

2. Размеры растений

10-20

25

100

3. Коэффициент трения движения

10-20

25

100

4. Масса плодов на растении

20-30

30

100

5. Разрушающая нагрузка при сжатии семян

20-30

30

100

6. Масса листьев на растении

30-40

50

100

7. Прочность связи соцветия с растением

30-50

50

150

8. Число плодов на растении

30-50

50

150

9. Масса растений в целом

50-60

150

250

10. Расстояние в рядке

40-70

100

300

Основные этапы создания с.-х. машин и орудий

Для примера: Разработка зерноуборочного комбайна:

1.  Этап. Определение необходимого количества машин (Заказчик – Министерство сельского хозяйства).

Сезонная нагрузка зерноуборочных комбайнов 200 Га. Площади зерновых на Украине около 16 млн. га. Требуется 16000000га:200га=80 000 комбайнов.

2.  Этап. Разработка агротехнических (исходных) требований (способ уборки, ширина захвата, рабочая скорость, высота среза, уборка незерновой части, тип молотилки и ее пропускная способность, допустимый % потерь и дробления зерна) (Министерство сельского хозяйства).

3.  Этап. Исследование физико-механических свойств растений (НИИ) (урожайность зерновых, высота, густота, влажность зерна и соломы, их размерные и массовые характеристики, зона расположения колосьев, влажность почвы, порог дробления зерна и т. д.).

4.  Этап. Разработка макета машины (НИИ) (в зависимости от свойств зерно-соломистой массы на каждом технологическом процессе подбираются соответствующие рабочие органы).

5.  Этап. Определение конструкции и кинематических параметров машины (НИИ) (определяются режимы работы и диапазон движения рабочих органов, обеспечивающих протекание каждой операции). Данные передаются конструкторам.

6.  Этап. Проектирование машины (КБ). Вся работа НИИ оформляется в виде конструкторской документации.

7.  Этап. Подготовка технологической документации (Технологический отдел завода).

8.  Этап. Создается опытный образец (Завод).

9.  Этап. Заводские испытания (доводят неисправные узлы).

10.Этап. гос. испытания (на сколько полученная машина соответствует изначальным требованиям министерства) на машинно-испытательных станциях (МТС) во всех регионах страны. На Украине в Одессе, Херсоне, в Дослидницком под Киевом.

На все этапы уходит не менее 5лет. За это время конструкция морально устаревает и по многим показателям не соответствуем текущему уровню технического прогресса см. рис.2.

Зависимость морального устаревания новой техники от продолжительности периода ее создания

Рис.2.Зависимость морального устаревания новой техники от продолжительности периода ее создания

Выходом из данного положения является – Сокращение сроков разработки новой техники. Для этого необходимо выполнение всех этапов объединить в одной организации, например, как в НПО эфирмасло, в которую входили НИИ, КБ, экспериментальный цех и завод.

 

Литература:

1.  Механіко-технологічні властивості сільськогосподарських матеріалів: Підручник / О. М.Царенко, Д. Г.Войтюк, В. М.Швайко та ін.;За ред. С. С. Яцуна.-К.: Мета, 2003.-448с.: іл. ISBN 966-7947-06-8.

2.  М55 Механіко-технологічні властивості сільськогосподарських матеріалів: Навч. посібник/О. М. Царенко, С. С.Яцун, М. Я.Довжик, Г. М.Олійник;За ред. С. С.Яцуна. - К.: Аграрна освіта, 2000.-243с.:іл. ISBN 966-95661-0-

3.  Механіко-технологічні властивості сільськогосподарських матеріалів. Практикум:Навч. посібник/Д. Г.Войтюк, О.М. Царенко, С.С. Яцун та ін.;За ред. С.С. Яцуна:-К.:Аграрна освіта,2000.-93 с.: іл.

4.  Хайлис Г. А. и др. Механико – технологические свойства сельскохозяйственных материалов – Луцк. ЛГТУ, 1998. – 268 с.

5.  Ковалев Н. Г., Хайлис Г. А., Ковалев М. М. Сельскохозяйственные материалы (виды, состав, свойства). — М.: ИК «Родник», журнал «Аграрная наука», 1998.—208 с., ил. 113.—(Учебники и учеб, пособия для высш. учеб, заведений).

6.  Скотников В. А. и др. Практикум по сельскохозяйственным машинам. – Минск: Урожай, 1984. – 375 с.

7.  Карпенко А. Н., Халаский В. М. Сельскохозяйственные машины. – М.: “Агропромиздат”, 1983. – 522 с.

8.  Физико – механические свойства растений, почв и удобрений. - М.: Колос, 1970.

9.  Методика изучения физико-механических свойств сельскохозяйственных растений. М.: ВИСХОМ, 1960. -–269 с.


Свойства сельскохозяйственных материалов - 4.5 out of 5 based on 2 votes

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить