«ДЛЯ УБОРКИ КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ ...»

из ФОНДОВ РОССИЙСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ БИБЛИОТЕКИ

Максимов, Павел Леонидович

1. Универсальные текнические средства для уБорки

корнеклдБнеплодов

1.1. Российская государственная Библиотека

diss.rsl.ru

2003

Максимов, Павел Леонидович

Универсальные текнические средства для

уБорки корнеклуБнеплодов [Электронный

ресурс]: Дис.... д-ра теки. наук

: 05.20.01

.-М.: РГБ, 2003 (Из фондов Российской Государственной Библиотеки) Сельское козяйство — Меканизация и электрификация сельского козяйства — Тракторы, сельскокозяйственные машины и орудия — Машины для уБорки и о5ра5отки урожая — Машины для уБорки корнеклуБнеплоды. Текнологии и средства меканизации сельского козяйства Полный текст:

http://diss.rsl.ru/diss/03/0856/030856033.pdf Текст воспроизводится по экземпляру, накодятцемуся в фонде РГБ:

Максимов, Павел Леонидович Универсальные текнические средства для у5орки корнеклубнеплодов Москва Российская государственная Библиотека, год (электронный текст).

4-f'-0^-5/^'i^S Ижевская государственная сельскохозяйственная академия

На правах рукописи

щ, МАКСИМОВ Павел Леонидович УДК 631.356-027.

УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ УБОРКИ

КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ

Специальность:

05.20.01 -технологии и средства механизации сельского хозяйства Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук Президиум ВАК России

Научный консультант решение от - доктор технических наук, старший научный сотрудник присудил ученую степень Д О К Т О Р А TW/ наук Рейнгарт Э.С.

''Начальник упр;р1вления ВАК России /fC^ Ижевск

ОГЛАВЛЕНИЕ

'# ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 СОСТОЯНИЕ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ МЕХА­

НИЗАЦИИ УБОРКИ КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ

1.1 Анализ существующих технологий и технических средств 1.2 Способы и средства для удаления ботвы корнеклубнеплодов... 1.2.1 Способы и средства для удаления ботвы моркови на корню... 1.3 Выкапывающие рабочие органы корнеклубнеуборочных 1.4 Сепарирующие рабочие органы корнеклубнеуборочных

Глава 2 АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕХНИЧЕ­

СКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ УБОРКИ КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ

2.1 Некоторые физико-механические свойства корнеклубне­ плодов и ботвы, требования, предъявляемые к уборочным 2.2 Анализ теоретических исследований рабочих органов для 2.3 Анализ теоретических исследований рабочих органов для выкапывания корнеплодов моркови выжимными копача­ 2.4 Анализ теоретических и экспериментальных исследований сепарирующих рабочих органов корнеклубнеуборочных

Глава 3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И

РЕЖИМОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ КОРНЕКЛУБНЕ t

3.1.3 Определение мощности на привод ботвоудаляющего 3.3.1 Обоснование радиуса барабана сепаратора и давления 3.3.2 Кинематический анализ работы пальчатого полотна 3.3.3 Дальность и высота полета корнеплодов после их схода 3.4.1 Разрушение почвенного пласта сжатием в приемной камере 3.4.2 Ременно-инерционное устройство для отделения ботвы 3.4.2.4 Определение параметров клубнеприемного элеватора..

Глава 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УНИВЕРСАЛЬ­

НЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ УБОРКИ КОРНЕ­

4.1 Экспериментальные установки и условия проведения 4.1.1 Устройство для отделения ботвы моркови на корню 4.1.2 Лабораторно-полевая установка для исследования центробежно-выжимного сепаратора ЦВС-1М и роторнопальчатого выкапывающего органа РПК 4.1.3 Математическое планирование полнофакторных экспериментов 4.2 Результаты экспериментальных исследований 4.2.3 Результаты экспериментальных исследований роторнопальчатого выкапывающего рабочего органа 4.2.4 Результаты экспериментальных исследований сепаратора 4.2.5 Оптимизация величины диаметра барабана сепараторов 4.3 Создание универсальных корнеклубнеуборочных машин 4.3.2 Копатель-валкователь-ботвоудалитель КБВ-1

Глава 5 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДО­

ВАНИЙ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗРА­

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время более 80 % картофеля и столовых корнеплодов про­ изводится в индивидуальных, крестьянских и фермерских хозяйствах на не­ больших площадях. Большая доля всех трудозатрат (до 70 %) приходится на их уборку.

Под термином «корнеклубнеплоды» в данной работе рассматриваются корнеплоды моркови и клубни картофеля.

Высокопроизводительные уборочные машины в настоящее время прак­ тически не востребованы из-за своей дороговизны и отсутствия унифициро­ ванных рабочих органов, позволяющих убирать различные корнеклубнеплоды.

Переход к рыночным отношениям, проведение земельной реформы, формирование многоукладной экономики в аграрном секторе Российской Фе­ дерации существенно изменяют систему и принципы создания сельскохозяй­ ственной техники.

Сегодня хозяйствам нужны простые, надежные и недорогие техниче­ ские средства, легко настраиваемые на уборку различных корнеплодов и кар­ тофеля. Однако создание многофункциональной уборочной машины при от­ сутствии унифицированных выкапывающих, сепарирующих и ботвоудаляющих устройств затруднительно. Необходим непрерывный поиск технических решений, направленных на повышение потребительских свойств вновь созда­ ваемых машин. Как показывают результаты исследований, проведенных в по­ следнее время, существуют еще значительные резервы дальнейшего совер­ шенствования технических средств для уборки корнеклубнеплодов на базе создания принципиально новых рабочих органов. При этом необходимо стре­ миться к разработке универсальных машин с быстросменными рабочими орга­ нами, для уборки различных корнеклубнеплодов.

Из всех корнеклубнеплодов, наибольшие трудности представляет меха­ низация уборки корнеплодов моркови, что связано с некоторыми специфиче­ скими особенностями культуры, такими как их высокая чувствительность к механическим повреждениям, большая глубина залегания в почве, значитель­ ная густота посевов (до 50 корнеплодов на погонный метр рядка) и др. Поэто­ му большее внимание в работе уделено разработке технических средств и ра­ бочих органов для уборки корнеплодов моркови.

Корнеплоды моркови и клубни картофеля значительно различаются по своим физико-механическим свойствам. Несмотря на это, многолетние парал­ лельные разработки, теоретические и экспериментальные исследования позво­ лили установить, что имеется множество предпосылок для универсализации уборочных машин на основе разработанных технических средств и рабочих органов.

Макетные образцы разработанных рабочих органов и машин изготовле­ ны в учебных мастерских Ижевской государственной сельскохозяйственной академии, то есть учебного заведения. Поэтому, не имея возможностей для из­ готовления оригинальных узлов и деталей, из-за скромной производственной и экспериментальной базы, мы вынуждены были использовать максимально уз­ лы и детали картофелеуборочных машин, выпускаемых промышленностью массово и имеющих вследствие этого невысокую стоимость и большую экс­ плуатационную надежность. Таким образом, машины для уборки клубней кар­ тофеля, их рабочие органы, явились базой для универсализации и унификации технических средств для уборки корнеклубнеплодов.

Создание универсальных малогабаритных корнеклубнеуборочных ма­ шин, отвечающих современным условиям, сдерживается необходимостью в разработке научных основ технологического процесса и основных рабочих ор­ ганов для уборки моркови и картофеля в широком диапазоне почвенно - кли­ матических условий, что и составляет научную проблему, от решения которой зависит повышение производительности труда, качества продукции, сокращение потерь и повреждений, снижение материалоемкости уборочных машин и эксплуатационных затрат в этой области сельскохозяйственного производства.

Поэтому проблема, посвященная научным основам разработки универ­ сальных машин для уборки моркови и картофеля является актуальной и имеет важное народнохозяйственное значение.

Исследования и разработки по данной теме проводились в соответствии с государственной программой по созданию машин для отраслей растениевод­ ства (постановление № 50 от 20.12.1995 Межведомственного экспертного Со­ вета при Министерстве сельского хозяйства РФ), а так же явились составной частью работ, выполняемых в НПО "Россия" по теме К 03.08.01."Изыскать и исследовать новые рабочие органы универсальных машин для обрезки, выкопки и погрузки в транспортные средства вороха лука и моркови" и Ижевской ГСХА по теме 8.3.2. "Совершенствование конструкций и исследование машин для уборки картофеля и овош;ей".

Экспериментальные исследования и хозяйственные испытания рабочих органов и машин проведены: в учебно-опытном хозяйстве «Июльское» Ижев­ ской ГСХА, совхозе «Боткинский» Боткинского района УР, ООО «Юськи»

Завьяловского района УР, СПК «Сюгаильский» Можгинского района УР в те­ чение 1988...2002 г.

Автор участвовал в конкурсе объявленном, Госагропромом СССР, ЦС ВОИР, Минсельхозмашем СССР по совершенствованию и разработке новых картофелеуборочных машин ( удостоен призового места; Постановление кол­ легии Госагропрома СССР от 30.05.88 г. № 40).

Образцы разработанных машин демонстрировались на всероссийских выставках: «АГРОТЕХ - 94» и «АГРО-ИЖЕВСК - 2003» (вручен диплом за внедрение новых технологий в производстве сельскохозяйственной техники).

Глава 1 СОСТОЯНИЕ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ

МЕХАНИЗАЦИИ УБОРКИ КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ

1.1 Анализ существующих технологий и технических средств В решении вопросов совершенствования технологии, изыскания конструк­ ций машин и рабочих органов для уборки корнеклубнеплодов в нашей стране принимали участие и внесли большой вклад известные ученые Л.С. Бакулев, Н.И.

Верещагин, В.И. Дзюба, Н.Н. Колчин, Ю.Л, Колчинский, Л.М. Максимов, В.И.

Пантюхов, Г.Д. Петров, А.А. Попов, Э.С. Рейнгарт, А.А. Сорокин, В.А. Хвостов, В.П. Юрчук, Л.М. Ямбаев и многие другие.

Из зарубежных ученых вклад в разработку новых машин и рабочих органов внесли Т. Furuya, К. Hingst, J. Blackbeard, R. Upton, К. Ziegler и др.

Технологический процесс уборки столовых корнеплодов состоит из удале­ ния ботвы, извлечения корнеплодов из почвы, отделения их от почвенных и рас­ тительных примесей и нестандартных корнеплодов, транспортировки, хранения и переработки урожая. Состав операций и их последовательность определяются технологией уборки столовых корнеплодов и комплексом уборочных машин и могут видоизменяться в конкретных хозяйствах (регионах).

Для уборки моркови наибольшее применение находят три технологии [46]:

1. Ручная уборка, когда трактор производит подкапывание скобой (напри­ мер СНУ-ЗС), разрушая связь корнеплодов с почвой. Затем корнеплоды вручную подбираются и отделяются от почвы и ботвы, загружаются в мягкую или жесткую тару. Уборка сопровождается большими затратами труда - от 1000 до чел.ч/га и большими потерями урожая, достигающими 30...35% в виде оставлен­ ных в почве корнеплодов.

2. Теребление, когда подкопанные корнеплоды извлекаются из почвы за ботву. После отделения ботвы и налипшей почвы корнеплоды загружаются в транспортное средство идущее рядом с уборочным агрегатом. Сепарация остав­ шихся прчвенных и растительных примесей и нестандартных корнеплодов осуф ществляется на стационарных линиях. Подбор потерь осуществляется вручную.

3. Выкапывание. Предварительно ботва удаляется на корню, затем корне­ плоды выкапываются вместе с почвой и отделяются от нее в машине. Отделение оставшихся почвенных и растительных примесей и нестандартных корнеплодов может осуществляться как вручную, непосредственно в поле, так и на стационар­ ных линиях.

При тереблении корнеплоды легко отделяются от почвы и др. примесей, од­ нако качество работы машины в значительной степени зависит от состояния бот­ вы на момент уборки, засоренности поля, физико-механических свойств почвы, схемы посева и др. факторов. На широкополосных, а также в отдельных случаях и на двухстрочных посевах моркови, нашедших применение в Удмуртской республике, машины теребильного типа неэффективны из-за больших потерь корнеплодов [52, 53, 73]. К концу уборочного сезона, когда ботва начинает отми­ рать, качество уборки моркови резко ухудшается и при однострочном посеве.

Выкапывают морковь специальными или переоборудованными машинами для уборки картофеля и сахарной свеклы.

Машины выкапывающего типа менее требовательны к состоянию агрофона, они более просты по конструкции и.надежны в работе, имеют более высокую производительность. Главной проблемой такой технологии уборки корнеплодов является неудовлетворительное качество предварительного удаления ботвы и большое количество по^вы в ворохе.

Наши наблюдения, проведенные в хозяйствах Удмуртской республики, спе­ циализирующихся на выращивании овощей, показали, что потери, при ручной уборке моркови, могут достигать 18...35%.

Крупные хозяйства в настоящее время значительно сократили площади за­ нятые под выращиванием моркови. Большая доля этих площадей, до 80 % и больше, перешла к мелким и средним производителям, которые кроме моркови р выращивают примерно в тех же объемах картофель.

Сроки начала уборки определяются состоянием растений и назначением урожая. Для потребления в свежем виде ранней продукции морковь начинают убирать в фазе пучковой спелости. Для закладки на длительное хранение убирают вызревшие корнеплоды. В условиях Удмуртской республики, чем позднее убрана морковь, тем она лучше храниться. (Оптимальные сроки уборки - конец сентября, начало октября). При этом предпочтительнее использование выкапывающих ма­ шин, так как большая часть ботвы к этому времени отмирает.

Ворох моркови, убранный машинами выкапывающего и теребильного типа, содержит корнеплоды стандартные и нестандартные, а также почвенные и расти­ тельные примеси. Способы дальнейшей обработки вороха зависят от сложившей­ ся практики потребления корнеплодов. В зарубежных странах столовые корне­ плоды потребляют в основном в консервированном виде, в нашей стране - в све­ жем виде.

Для консервирования поверхностные повреждения кожицы корнеплодов не имеют значения, так как при переработке корнеплоды бланшируются и очищают­ ся от кожицы, а при закладке на хранение эти повреждения приводят к значитель­ ным потерям (загниванию) продукции. Поэтому за рубежом к качеству продук­ ции, поступающей с поля, предъявляются невысокие требования. Ворох, посту­ пающий с уборочных машин, очищается от растительных и почвенных примесей, корнеплоды моются и сортируются. Поэтому линии для послеуборочной обработ­ ки, устанавливаемые как на крупных перерабатывающих заводах, так и на мелких фермах, содержат моечную машину, сортировку и переборочные столы. Мытая морковь хранится хуже, К концу хранения в ней меньше каротина, она быстро те­ ряет сахарозу и интенсивнее дышит из-за повреждений кожицы щетками во время мойки. Поэтому при закладке корнеплодов на длительное хранение ее не моют.

Хорошо сохраняется морковь, обработанная в глиняном или меловом растворе.

Для подготовки корнеплодов моркови к реализации и хранению, по сло­ жившейся в нашей стране технологии (в основном с использованием уборочных машин теребильного типа), используются линии сортировки корнеплодов ПСК-6 и ЛСК-20, на которых из машинного вороха отделяются примеси и не­ стандартные корнеплоды.

Вопросам исследования, обоснования параметров и режимов работы техни­ ческих средств для уборки столовых корнеплодов посвящены работы известных ученых Д.Ю. Адамониса, Л.С. Бакулева, Э.Д. Галушко, В.П. Дика, Э.С. Рейнгарта, Б.М. Франкштейна, В.И. Федорова, В.А. Хвостова и др.

В последние годы в области механизации уборки столовых корнеплодов в нашей стране и за рубежом наибольшее применение нашли машины теребильно­ го типа, обеспечивающие высокое качество обрезки ботвы, а так же сепарации почвенных комков, камней и других примесей.

Машины теребильного типа обеспечивают высокие показатели на полях с высокой афотехникой возделывания, хорошо развитой и неполегшей ботвой.

К недостаткам машин такого типа следует отнести: узкую специализацию, ма­ лую производительность и высокую стоимость.

В большинстве зон России уборка моркови начинается с конца августа и продолжается до конца сентября - начала октября месяцев [24].

По данным Л.С. Бакулева [22], среднесуточный прирост урожайности в пе­ риод с 1 сентября по 25 сентября составляет от 5 до 7 ц/га. За это время урожай­ ность в условиях Нечерноземья увеличивается в 1,5 раза и к концу сентября дос­ тигает максимума (60 т/га). Динамика изменения качественных показателей ма­ шинной уборки моркови по данным Ю.Л. Колчинского [55] показана на рис. 1.1.

Уборка моркови для реализации начинается 20 августа. Недобор из-за относи­ тельно низкой урожайности (около 25 т/га) компенсируются более высокими (в раза, больше, чем в сентябре) закупочными ценами. В период с 10 по 20 сентяб­ ря убирается до 30 % посевов. Урожайность моркови достигает в этот период до 55 т/га. В это время использование машин теребильного типа более предпочти­ тельно, чем выкапывающих. Результаты исследований машин теребильного типа (Е-825, ЕМ-11), [24] показали, что первую половину сентября они работают каче­ ственно: потери урожая не превышают 3 %, качество обрезки соответствовало аг-' ротехническим требованиям у 95,6...95,8% корнеплодов, количество примесей в Рис. 1.1. Динамика изменения показателей уборки моркови:

1 - индекс изменения урожайности корнеплодов, %; 2 — выручка от реализации продукции с учетом затрат на подбор потерь, руб/кг; 3 и 4 - соответственно потери и повреждения корнеплодов при машинной уборке, % ворохе составляло 3,1...3,6 %, производительность за час сменного времени - 0, до 0,08 га.

После 21 сентября урожайность достигает максимума, но условия работы ухудшаются, выпадают дожди, при этом ботва разрастается, полегает. При пер­ вых заморозках ботва теряет прочность, становится хрупкой и качество уборки урожая машинами теребильного типа ухудшается, что приводит к значительному росту потерь.

Неустойчивая погода, увеличение вероятности заморозков предъявляют бо­ лее высокие требования к производительности машин. В этот период убирается до 40% площадей. Морковь, убранная в этот период, лучше хранится [24, 31]. До­ казано, что в этот период экономически более оправдано применение машин вы­ капывающего типа.

Машины выкапывающего типа менее требовательны к агрофону, проще по конструкции, более производительны. Данная работа посвящена разработке уни­ версальных технических средств, предназначенных для уборки, как клубней кар­ тофеля, так и корнеплодов моркови. Требованию универсализации больше соот­ ветствуют именно машины выкапывающего типа.

Первые отечественные образцы специальных машин выкапывающего типа для уборки столовых корнеплодов созданы в начале 60-х годов. Среди них пред­ ставляет интерес однорядная, элеваторная, навешиваемая на самоходное шасси Тмашина КБШ-1 для уборки моркови (рис. 1.2, 1.4 а). Машина состоит из бо­ твореза роторного типа 1 с эластичным копирующим катком, копача 2, имеюще­ го лемех и два активных пальчатых-диска, и двух сепарирующих элеваторов:

продольногоЗ и поперечного 4. Комбинированный копач (узкий лемех с актив­ ными боковинами) ограничивает поступление почвы на машину, однако поверх­ ность элеваторов не обеспечивала полноту сепарации. В 1962—1966 гг. было вы­ пущено несколько опытных партий машин КБШ-1.

Рис. 1.2. Схема машины для уборки моркови КБШ-1:

1 -ботвоудаляющий механизм; 2-выкапывающее устройство;

УМП-2 (рис. 1.3, 1.4 б) (ВИСХОМ совместно с ГСКБ по машинам для ово­ щеводства) полунавесная машина предназначена для обрезки черешков ботвы, выкапывания корнеплодов, отделения от почвы и пофузки вороха в рядом иду­ щий транспорт.

Рис. 1.3. Схема машины УМП-2 для уборки моркови:

1 - ботвоудалитель; 2 - дисковые копачи; 3 - основной элеватор; 4 -скребковый транспортер; 5 - поперечный элеватор; 6 - подъемный барабан; 7 -транспортер Морковные грохотные копатели МКГ-1,4, МКГ-1,4М (рис. 1.4 в,г ), на базе лукового копателя ЛКГ-1,4, предназначены для дообрезки черешков ботвы, ос­ тавшихся на корнеплодах после ботвоуборочной машины, выкопки корнеплодов, отделения их от почвы и погрузки в рядом идущий транспорт.

Машина КУД, навесная на трактор Т-38. К основным рабочим органам ма­ шины относятся ботвосрезающий аппарат, выкапывающий рабочий орган, про­ дольный и поперечный элеваторы и выгрузной транспортер (некоторые образцы были оборудованы бункером - копильником).

По производительности, чистоте вороха моркови и некоторым другим пока­ зателям машина КУД-1 превосходит машину КБШ-1. К недостаткам ее относят­ ся: сложность и трудоемкость при агрегатировании с трактором, который не при­ меняется в основных зонах возделывания столовых корнеплодов.

В свеклосеющих районах нашей страны для уборки моркови используются свеклоуборочные комбайны КС - 6 и РКС - 6 [39, 40, 90].

Рис. 1.4. Машины для уборки моркови выкапывающего типа:

а - однорядная машина КБШ-1; б - двухрядная машина УМП-2; в - двухрядная машина МКГ-1,4М; г - двухрядная машина МКГ-1,4; д - обрезчик ботвы УБМ-2;

В НИИ овощного хозяйства была разработана трехрядная машина с исполь­ зованием выкапывающих рабочих органов от РКС-6.

Использование переоборудованных машин решает в некоторой степени про­ блему механизированной уборки, но при том имеются существенные недостатки.

Картофеле- и лукоуборочные машины могут использоваться лишь на легких и средних по механическому составу почвах.

Работа свеклоуборочных машин со­ провождается значительными потерями и повреждениями (из-за непосредствен­ ного контакта захватывающих вилок с корнеплодами). Потери и повреждения мо­ гут достигать 15% и 27% соответственно, а при уборке на тяжелых почвах на­ блюдается значительное количество примесей в ворохе до 60 % [90].

Из всех вышеупомянутых машин, разработанных в нашей стране, ни одна не была поставлена на производство из-за низких афотехнических показателей.

Из зарубежных специальных машин выкапываюш^его типа представляет ин­ терес однорядная машина «Витсед Сениор» (рис. 1.5) фирмы «Рут Харвестер»

(Великобритания) [45]. Ботвоудалитель машины выполнен в виде закрепленных на вертикальном валу четырех бичей из стального троса с металлическими нако­ нечниками и четырех лопастей для отвода ботвы; копирующим устройством для ботвоудалителя являются передние колеса машины.

Рис.1.5. Схема машины «Витсед Сениор» для уборки столовых корнеплодов:

1- ботвоудалитель; 2 - ограничивающие диски; 3 - выжимные копачи; 4,5 продольные транспортеры; 6 - транспортер - переборщик; 7-транспортер пере­ борщик; 8 - площадка для рабочих; 9 - загрузочный транспортер.

Этой же фирмой выпускаются: картофелеуборочный комбайн "Витсед" и це­ лый ряд- свеклоуборочных машин "Витсед РБ Стандарт", "-Витсед континетл" с присоблениями для уборки моркови.

Для уборки моркови применяют также переоборудованные картофелеубо­ рочные комбайны фирм "Джонсон", "Бенедикт", швейцарской фирмы "Самро" [45]. В США фермерские хозяйства для уборки моркови применяют специальные и частично переоборудованные свеклоуборочные машины фирмы "Чикаринг и К°"[90]..

Фермерские хозяйства за рубежом, как правило, не специализируются на производстве одного вида продукции, поэтому основным требованием, предъявляемым к разрабатываемым машинам, является использование картофелеубороч­ ных и свеклоуборочных машин со сменными рабочими органами.

Технологический процесс уборки картофеля, независимо от применяемых средств механизации, включает следующие основные операции: подкапывание (выкапывание) клубней^ отделение (сепарация) клубней от йочвы, отрыв клубней от ботвы, удаление ботвы и растительных примесей, отделение камней и других примесей, погрузка клубней в тару или транспортные средства. Могут быть и до­ полнительные операции: предварительное удаление ботвы или сортирование клубней на фракции.

При уборке картофеля с сильноразвитой ботвой, для предотвращения заби­ вания рабочих органов, как простейших машин, так и комбайнов, ботву предвари­ тельно удаляют. Удаление ботвы (химическим или механическим способом) об­ легчает не только работу машин, но и труд рабочих, занятых на подборе клубней после картофелекопателей [108].

В настоящее время практическое применение находят три основных способа уборки:

1 - выкапывание клубней картофелекопателями с укладкой их на поверх­ ность и последующим ручным подбором;

2 - уборка комбайнами;

3 —комбинированная уборка.

При втором способе различают три варианта: прямое комбайнирование, раздельная (двухфазная) комбайновая уборка (подбор комбайнами валков, заранее уложенных на поверхность поля картофелекопателями) и уборка комбинирован­ ным способом.

При комбинированном способе уборки в междурядье двух рядков, убирае­ мых комбайном, картофелекопателем - валкоукладчиком укладываются клубни с двух или четырех смежных рядков. Таким образом, комбайн подкапывает два рядка и одновременно подбирает уложенный в междурядья валок клубней с двух или четырех рядков. Производительность комбайна при этом повышается.

Однако использовать комбинированный способ уборки можно только в благоприятньк условиях, когда комбайн удовлетворительно работает при прямом комбайнировании.

Раздельный способ целесообразно использовать в условиях повышенной Для осуществления этих способов уборки применяют простейшие орудия — копачи, картофелекопатели швыряльного и просеивающего типа, картофелекопа­ тели - валкоукладчики и картофелеуборочные комбайны.

Выбор средств механизации определяется конкретными условиями хозяйст­ ва: типом почвы и влажностью ее в период уборки, размером и рельефом полей, наличием на них камней, общей площадью, занятой под картофелем, урожаем картофеля и т.д. Например, комбайн наиболее целесообразно использовать на по­ лях с легкими и средними почвами, длинными гонами и высокой урожайностью клубней; картофелекопатели швыряльного типа - на мелких участках с переув­ лажненной почвой.

Наряду с перечисленными основными типами технологических процессов механизированной уборки картофеля существуют многочисленные их разновид­ ности и варианты, в соответствии с которыми видоизменяются и схемы приме­ няемых машин. Рассмотрим основные типы картофелеуборочных машин и ору­ Копачи (рис. 1.6, а) подкапывают грядки картофеля, нарушают связь кустов с почвой и частично выпахивают клубни картофеля на поверхность поля. Копачи агрегатируются с садово-огородными тракторами и мотоблоками.

Подкапывающим рабочим органом обычно служит двухотвальный корпус (типа корпуса окучника). При работе корпус проходит посередине рядка, раскрывая его на две стороны. Затраты труда на подбор клубней после подкопа их копачами со­ ставляют 190— 250 чел.-ч/га. Потери в почве до 30 % [108].

Копатели швыряльного типа — швырялки (рис. 1.6, б) выкапывают кусты и разбрасывают клубни и почву из грядки в сторону, перпендикулярно ходу машины на расстояние до 3,5 м. Картофелекопатели швыряльного типа выпускают, как правило, однорядные, навесные на тракторы.

Технологический процесс осуществляется следующим образом: при движе­ нии копателя лемех подрезает почвенный пласт, который в момент схода с лемеха разрушается и разбрасывается по поверхности поля фебенками вращающегося ротора. После прохода копателя получается полоса шириной 1,5—3 м, на поверх­ ности которой располагается основная масса клубней. Бригаду подборщиков (13—18 чел.) размещают так, чтобы каждый подборщик имел участок длиной Недостатками копателей швыряльного типа являются большие потери клубней (количество клубней, засыпанных почвой, до 25 %), невозможность под­ бора клубней сразу после прохода копателя, а также повышенные повреждения клубней, особенно при работе на сухой почве. Затраты труда на подбор клубней после копателей швыряльного типа на 20—25 % выше, чем после картофелекопа­ телей просеивающего типа [108].

К преимуществам копателей швыряльного типа относится возможность ис­ пользования их на почвах повышенной влажности и их засоренных мелкими кам­ нями. В России наиболее широко их используют в Северо - Западных районах. За рубежом машины этого типа применяют главным образом в Скандинавских стра­ Картофелекопатели элеваторного типа (рис, 1.7) подкапывают грядки и пе­ ремещают подкопанный пласт на сепарирующие рабочие органы. Сепарирующие рабочие органы чаще всего применяют двух основных типов: прутковые элевато­ ры (картофелекопатели КТН-2, КТН-2В) и качающиеся грохоты.

Рис. 1.7. Схема картофелекопателя элеваторного типа В некоторых конструкциях в качестве сепарирующих рабочих органов ис­ пользуют также кулачковые и валковые грохоты. Подкопанный пласт вместе с кустами картофеля поступает на элеватор (грохот), почва просеивается через за­ зоры между прутками, клубни, ботва и оставшиеся комки почвы сбрасываются сзади машины на поверхность поля. Затем клубни подбирают рабочие.

Для работы в более тяжелых условиях в картофелекопателях устанавливают последойательно два-три прутковых элеватора (например, 'в картофелекопателе КСТ-1,4),а также оборудуют их битерами, рыхлителями и сепарирующими ре­ шетками.

Затраты труда на подбор клубней после картофелекопателей просеивающе­ го типа колеблются в пределах 70—130 чел.-ч/га в зависимости от урожая и почвенно-климатических условий [108].

Картофелекопатели - валкоукладчики (рис. 1.8) в отличие от обычных кар­ тофелекопателей, как правило, имеют дополнительные устройства для удаления ботвы из машины и поперечные транспортеры, позволяющие укладывать клубни в узкий валок с двух, четырех или шести рядков.

Рис. 1.8, Схема картофелекопателя - валкоукладчика УКВ- Примером такой машины является картофелекопатель УКВ-2. Он дает возможность повысить производительность труда рабочих при подборе клубней, а также обеспечить двухфазную комбайновую уборку.

Картофелеуборочные комбайны (рис. 1.9 и 1.10) осуществляют подкапыва­ ние грядок, отделение клубней от почвы, ботвы и других примесей и сбор клубней в тару. Комбайны являются наиболее эффективными машинами для уборки кар­ тофеля, позволяющими даже при наличии четырех— шести рабочих, обслужи­ вающих переборочный стол, снизить затраты труда по сравнению с ручным под­ бором после картофелекопателей в 3—4 раза.

Поэтому проблема совершенствования рабочих органов комбайнов для улучшения качественных показателей и повышения производительности в на­ стоящее время очень актуальна.

За рубежом, главным образом в США, находят некоторое применение спе­ циальные машины-подборщики, предназначенные исключительно для подбора клубней из валков, уложенных картофелекопателями - валкоукладчиками. При прямом комбайнировании эти машины работать не могут.

Рис. 1.9. Схема картофелеуборочного комбайна ККУ-2А Рис. 1.10, Схема картофелеуборочного комбайна КПК- Подборщик по номенклатуре рабочих органов практически мало отличается от комбайна, но имеет более узкое назначение. Поэтому целесообр^но оснастить картофелеуборочный комбайн приспособлением для подбора валков.

Выше была приведена классификация картофелеуборочных машин по ха­ рактеру выполняемого ими технологического процесса. Конструкции картофеле­ уборочных машин можно также классифицировать по количеству убираемых ряд­ ков: одно-, двух- и многорядные.

Швыряльные картофелекопатели выпускают в большинстве случаев одно­ рядными, так как второй ротор, установленный на копателе, засыпает клубни, вы­ копанные первым ротором. Картофелекопатели элеваторного типа выпускают в одно и двухрядном исполнении. Увеличение ширины их захвата нерационально, так как при этом значительно повышается масса копателей, а затраты труда на уборку практически не снижаются, поскольку они определяются главным образом числом рабочих, занятых на подборе клубней с 1 га, которое остается постоянным и не зависит от захвата картофелекопателя.

Картофелеуборочные комбайны обычно изготовляют одно- и двухрядными.

Создание многорядных комбайнов сдерживается ограниченным тяговым усилием колесных пропашных тракторов. Гусеничные же тракторы большой мощности, обладая достаточными энергетическими ресурсами и хорошей тяговой способно­ стью, неприемлемы для агрегатирования с картофелеуборочными комбайнами изза сильного повреждения клубней гусеницами. Разработанные и выпущенные в небольшом количестве четырехрядные самоходные комбайны КСК-4-1 не нашли широкого применения.

Комбайны семейства КПК (рис. 1.10), широко использующиеся до настоя­ щего времени на полях страны, имеют большие недоработки в конструкции и изза этого сильно травмируют клубни и имеют значительные потери.

Из-за сложной экономической ситуации в стране выпуск высокопроизводи­ тельных картофелеуборочных комбайнов практически прекращен, из-за отсутст­ вия сбыта. Следует особо отметить, что за последние 5 лет в Удмуртской респуб­ лике, например, не продано ни одного, нового комбайна.

Выпускаемые в настоящее время копатели выполняются по известным, от­ работанным схемам, имеющим свои традиционные недостатки к которым добав­ ляются • конструктивные и технологические отклонения при изготовлении и сборке. В результате такие машины изначально не могут качественно выполнять уборочные операции.

Основные недостатки копателей:

- потери достигают 26%;

- рабочие скорости не превышают 2 км/ч;

- конструктивная схема практически всех простейших копателей идентична и не обеспечивает набор клубней в тару;

- отсутствует устройство для отделения ботвы от клубней;

- невозможность последующего прохода агрегата без предварительного сбора клубней с валка предыдущего прохода.

Изложенные выше материалы позволяют сделать следующие основные выводы.

1. Эффективность работы выкапывающих машин и затраты на последую­ щую доработку моркови и картофеля в значительной степени зависят от качества удаления ботвы, выкапывания и сепарации их в уборочной машине. Все эти убо­ рочные операции необходимо рассматривать комплексно и во взаимосвязи.

2. Установлено отсутствие технических средств выкапывающего типа, обеспечивающих соблюдение агротехнических требований предъявляемых к уборке столовых корнеплодов. В то же время, имеется удачный опыт зарубежных фирм и фермерских хозяйств по использованию технических средств для уборки картофеля на уборке столовых корнеплодов.

3. Учитывая почвенно-климатические условия в Удмуртской республике, сроки уборочных работ, большое количество небольших хозяйств, занимающих­ ся производством нескольких видов корнеклубнеплодов, существует необходимость разработки универсальных технических средств для уборки корнепло­ дов моркови и клубней картофеля.

4. Разработка технических средств должна осуществляться на основе прин­ ципиально новых технических решений. Основной упор необходимо сделать на поиск конструкций, обоснование технологического процесса и основных пара­ метров рабочих органов, связанных с удалением ботвы на корню, выкопкой и отделением от примесей корнеплодов моркови, с учетом их физикомеханических свойств на основе машин для уборки картофеля.

1.2 Способы и средства для удаления ботвы корнеклубнеплодов 1.2.1 Способы и средства для удаления ботвы моркови на корню Уборка столовых корнеплодов машинами выкапывающего типа произво­ дится двумя способами: однофазным и двухфазным. При однофазном способе все уборочные операции (обрезка ботвы и выкопка корнеплодов) выполняются ма­ шиной за один проход. Но в основном уборка столовых корнеплодов в настоящее время выполняется в две фазы, т.е. удаление ботвы и выкапывание корнеплодов выполняются отдельными машинами. Это связано с тем, что удаление ботвы, по сравнению с выкапыванием осуществляется на более высоких скоростях.

Согласно ГОСТ 1721-85 и 1722-85 и исходным требованиям, обрезка ботвы должна производиться таким образом, чтобы у максимального количества корне­ плодов оставшиеся черешки ботвы находились в пределах от О до 20 мм. При этом головки корнеплодов не должны быть срезаны или повреждены.

Стандарты разных стран отличаются друг от друга, поэтому отличаются и афотехнические требования. Ботва у моркови в ряде стран (США, Франция) об­ резается вместе с головкой корнеплода.

Обрезка с головкой с точки зрения возможностей механизированного вы­ полнения является более простой задачей, чем обрезка ботвы на определенной высоте от головки, ввиду того, что не требуется высокая скорость резания, воз­ можно применение рабочих органов с копирами, расположенными впереди или сзади ножа и обеспечивающих максимальную точность отслеживания. Ботва вме­ сте с головками легче поддается сбору, поэтому она меньше засоряет рядки и не подвергает забиванию последующие рабочие органы.

Удаление ботвы моркови на корню может быть выполнено химическим или механическим способом. Исследования К.Д. Матвеева [70] показали, что обра­ ботка ботвы моркови дефолиантами приводит к ее частичному обезвоживанию, однако прочность ботвы практически не снижается, а полное высыхание ботвы сопровождается загниванием сердцевины корнеплода, при этом теряется кормовая ценность ботвы и не исключена возможность проникновения химикатов в корнеплоды. Поэтому до настоящего времени в мировой практике применяются в основном механические' ботвоудалители срезающего и обламывающего типов.

Первые можно разделить на три основные фуппы: активные дисковые, пассивные плоские, ротационные. Вторые подразделяют на ленточные, щеточ­ ные, лопастные.

Классификация способов удаления ботвы и типы рабочих аппаратов для от­ деления ботвы столовых корнеплодов показана на рис. 1.11.

Активные дисковые ботвоудаляющие аппараты (схемы 1...8) широкое распро­ странение получили с начала 60-х годов и используются в машинах КБШ-1, УМП-2, СКК-2А, БМ-6, БМ-4 отечественного производства [2, 24, 45,46], в ком­ байне John Deere233 производства США и др. Конструктивно режущая поверх­ ность дискового ножа выполняется сплошной, сегментной или зубчатой.

Дисковые режущие аппараты имеют существенные недостатки: малый диа­ пазон (от О до 0,1 м) перемещения ножа по высоте, значительная масса подвиж­ ных частей, сложная конструкция механизма привода подвески ножа и копира;

при расположении корнеплодов, высоко выступающих над поверхностью, наблю­ даются повреждения копирами; при высокоразвитой ботве и повышенных ско­ ростях движения агрегата не обеспечивается качественная обрезка ботвы ножами, так как затрудняется отслеживание гребенками копиров поверхности головок. С целью совмещения обрезки ботвы с доочисткой головок исследовались различные варианты дисковых аппаратов: активные дисковые с пассивным гребенчатым ко­ пиром; с комбинированным копиром (схема 4), гребенчатым копиром и ще­ точным доочистительными элементами [7], закрепленными в нижней части ножа, в виде эластичных прутков или плоских лент (схема 5,6). При копировании го­ ловок пассивными гребенчатыми копирами ножи срезают ботву, а затем доочистительные элементы удаляют остатки ботвы черешков. Однако в ходе проверки было установлено, что аппараты ненадежны, имеют сложную конструкцию и что совмещение операций также не дает необходимого качества обрезки и, поэтому, дальнейшие работы в этом направлении проводить нецелесообразно.

JJIIIL

Рис. 1.11. Классификация способов удаления ботвы столовых корнеплодов на корню Ботвоудаляющий аппарат с горизонтальной осью вращения (схема 7) и рас­ положенным сзади копирующим катком исключает примятие ботвы копиром и обеспечивает минимальное, по сравнению с другими, расстояние от зоны обрезки до зоны копирования (0,16 м). Один из недостатков этой схемы состоит в том, что из-за расположения копира сзади происходит отслеживание профиля рядка, а не головок корнеплодов, поэтому нож срезает выступающие головки. Другой недос­ таток - качество обрезки ботвы в значительной степени зависит от точности вож­ дения. Траекторией движения ножей является окружность, которая может касать­ ся поверхности только в одной определенной точке. В ГСКБ г. Днепропетровска был разработан бескопирный ротационный аппарат с жестко закрепленными ло­ пастными ножами (схема 10), установленный на самоходной ботвоуборочной машине МБС-6. Срезанная ротационным аппаратом верхняя часть ботвы подает­ ся на приемный шнековый транспортер, измельчается и загружается в транспорт­ ное средство, удаленные дисковым аппаратом остатки ботвы выбрасываются доочистителем на убранное поле и не подбираются. Однако такая технология об­ резки ботвы не нашла применения в отечественных конструкциях, из-за отсутст­ вия в хозяйствах хранилищ для силосования измельченной ботвы и экономиче­ ской нецелесообразности подобного технологического процесса. В странах За­ падной Европы (Чехия, Польша, ФРГ, Франции) в условиях каменистых почв и повышенной влажности применяют следующие типы удаляющих аппаратов: пас­ сивные плоские с активным зубчатым или пассивным гребенчатым копиром (схемы 8,9); ротационное бескопирные (схема 11).

В машинах 3-ОЦХ (Чехия), ОБЦ-2 (Польша), V-100 (ФРГ) используются в основном пассивные плоские аппараты с активным зубчатым копиром (схема 8), но из-за значительной массы подвижных частей (системы подвески и копира) количество нормально обрезанных корнеплодов машиной 3-ОЦХ достигает всего 70%.

Для удаления ботвы в мировой практике используются, как правило, ротор­ ные косилки, которые измельчают ботву и подают ее в рядом идущий транспорт, как в косилке КИР-1,5 или в бункер, как в машине УБД-ЗА, КИР-1, 5Б (рис.1.12).

1 - противорежущая пластина; 2 - роторный барабан; 3 - направляющий трубо­ провод; 4 - бункер; 5 - гидроцилиндр подъема и опрокидывания бункера.

Использование роторных косилок, обладающих многими преимуществами (они просты, надежны в работе, имеют высокую производительность) не рещает проблему механизированной обрезки ботвы ввиду того, что они не обеспечивают удаления ботвы в соответствии со стандартами на товарную' продукцию из-за не­ удовлетворительного копирования косилками рядов корнеплодов.

Наибольшее развитие в последнее время, среди механических ботвоудалителей, получили ботвоудалители обрывающего (обламывающего) действия: лен­ точные, щеточные и лопастные ботвоудалители.

Ленточные ботвоудалители разработаны и исследованы Д.Ю. Адамонисом [2]. Из-за сложности и низкой эксплуатационной надежности (часто забиваются землей и растительными остатками) они не нашли применения в уборочных ма­ шинах.

Большую группу ботвоудалителей обрывающего действия представляют щеточные. К.Д. Матвеевым [70] изучен процесс механизированного удаления ботвы моркови на корню щеточными очистителями и обоснованы оптимальные параметры очистите лей: диаметр ворса - 0,004 м, плотность ворса — 15... (шт/м^)х10'*, радиальная деформация 0,03...0,04 м, окружная скорость 18... 19 м/с.

В условиях Украины получены неплохие результаты (полнота отделения ботвы составляет от 88 до 98 %).

Однако проведенные исследования машины УБМ-2 показали, что, на харак­ терной для Центральной и Северо-Западной зон России с сильно развитой ботвой моркови, использование щеточных очистителей является малоэффективным по следующим причинам: высокий процент повреждения головок корнеплодов прутками (до 16,7 %) в виде царапин; быстрый износ и поломка прутков, полнота отделений ботвы составляет от 54 до 67 %, что не соответствует требованиям ГОСТ 1721-85.

Ботвоудалители с горизонтальной осью вращения (рис. 1.13, а) имеют невысокие качественные показатели, так как бичи, испытывая значительные сопротив­ ления воздуха и почвы, изгибаются. При этом сбивающее действие невелико по той причине, что в первоначальный момент удара бич действует на растительную крону и пригибает стебли к земле, в результате этого уменьшается скорость ударного взаимодействия между бичом и стеблями, а она оказывает решающее влияние на качество работы этого типа ботвоудалителей. При работе рабочего ор­ гана (рис1 1.13, б) появляется боковая составляющая воздействия бича на корне­ плод, но эффективность работы ботвоудалителя при этом возрастает не намного.

Эластичный бич ботвоудалителей, изображенных на рис. 1.13, в, г, д, е в момент встречи с препятствием (комок почвы, бугорок, головка корнеплода) под дей­ ствием силы удара теряет устойчивость в горизонтальной плоскости, изгибается и проходит над препятствием. В конструкции по рис. 1.13, д кроме того, появляют­ ся вертикальные и горизонтальные колебания копирующей части, возникающие при взаимодействии ее с почвой и ботвой из-за изгибных деформаций промежу­ точных элементов. Более высокая точность отслеживания поверхности поля, а следовательно, и точность обрезки ботвы достигается путем использовании дис­ ковых ботвоудалителей снабженных индивидуальными каточковыми копирами с горизонтальной осью вращения, (рис. 1.13, а,б) и с осями вращения, близкими к горизонтальным: МКГ-1,4; УДК-3; ДСК-3) (рис. 1.13, в).

Рис. 1.13. Конструкции лопастных ботвоудалителей.

Но применение копиров не дает желаемых результатов ввиду того, что зона копирования у них удалена от зоны обрезки на значительное расстояние L. По данным СВ. Кардашевского и В.А. Хвостова [137] корреляция между ордината­ ми траектории перемещения копира и ботвоудаляющего элемента исчезает при шаге копирования L > 130 мм.

Таким образом, их всех рассмотренных типов ботвоудалителей наиболее полно отвечает этому требованию (шаг копирования должен быть минимальным) рабочий орган с вертикальной осью вращения показанный на рис. 1.13, е, разра­ ботанный в ИжГСХА [143]. В предложенной конструкции элементы ботвоудалителя выполнены эластичными, однако этой конструкции присущи недостатки удалителей, показанных на рис. (1.13, в, г, д).

Такой рабочий орган имел возможность копировать микрорельеф почвы.

Однако, головки корнеплодов выступающие над поверхностью сильно поврежда­ лись, а ботва в местах углублений оставалась не срезанной, при этом ботва плохо выносится за пределы рядка и зоны междурядья. Оставаясь на поверхности обра­ ботанной полосы, ботва препятствует производительной работе морковоуборочного комбайна, забивая его рабочие органы.

Из изложенного выше следует, что ботвоудаляющие рабочие органы долж­ ны быть выполнены в виде пластин, изготовленных из эластичного материала и установленных в вертикальной плоскости. Повышение качества отделения ботвы может быть достигнуто путем индивидуального отслеживания головок корнепло­ дов эластичными рабочими элементами с приложением разрушающего усилия к ботве в непосредственной близости от головки корнеплода, т. е. в зоне повышен­ ной хрупкости ботвы [71]. Разрабатываемое устройство, практически не должно иметь отдельного копирующего механизма, так как значительная инерционность копирующих систем не обеспечивает индивидуальное отслеживание головок кор­ неплодов.

• Для машинной уборки картофеля в осуществлении операции удаления бот­ вы имеются два основных направления:

1 - предварительное удаление ботвы с поля перед уборкой клубней;

2 - отделение ботвы от клубней в картофелеуборочных комбайнах.

Предварительное удаление ботвы не обеспечивает полной ее ликвидации с поля и поэтому не исключает необходимости иметь ботвоудаляющие органы в В некоторых странах (США, Англия) находит применение способ предвари­ тельного удаления (дефолиации) ботвы с помощью опрыскивания химикатами.

Однако, учитывая, что опрыскивание необходимо производить за две-три недели до уборки, в большинстве районов нашей страны из-за сжатости сроков уборки этот способ применять затруднительно и не очень безопасно.

Устройства для предварительного удаления ботвы могут быть скомпоно­ ваны в виде отдельных самостоятельных машин или смонтированы как отдельные узлы на раме комбайнов перед подкапывающими рабочими органами.

Специальные машины для удаления ботвы известны двух типов:

ботводробители, разбрасывающие ботву по полю, и ботвоуборочные машины, соI бирающие ботву в бункер.

Машины первого типа распространены в России и ряде других стран (Гер­ мания, США, Швеция и др.), где ботву не используют как сырье для приготов­ ления силоса, а запахивают. В устройствах, предназначенных для этого, приме­ няют рабочие органы трех типов: теребильные, режущие, дробильные.

Испытания рабочих органов дробильного типа показали, что по сравнению с теребильными и режущими аппаратами дробильные более надежны и имеют лучшие качественные показатели.

^ Цепной дробитель имеет вертикальный вал с горизонтальным диском, с внешней стороны которого закреплены три калиброванные цепи длиной 450— * мм. При вращении диска (п = 950—1100 мин'') цепи располагаются горизонтально и дробят ботву, отбрасывая ее на убранное поле. Достоинством цепного дробителя является простота конструкции, недостатком — сравнительно низкий про­ цент удаления ботвы (50—60%), особенно при дроблении полеглой ботвы, и за­ бивание при дроблении сильно развитой зеленой ботвой.

Ботводробитель с горизонтальным валом представляет собой барабан с шарнирно закрепленными билами. Расположение бил по длине соответствует по­ перечному профилю грядок, что предусматривает возможность захвата полеглой ботвы в междурядьях.

Наибольшее распространение в России на уборке ботвы нашла косилка КИР-1,5. В качестве ботвоудаляющего рабочего органа используется ротор с го­ ризонтальным валом на котором закрепляются шарнирно молотки дробителя. Та­ кая машина удаляют около 60-70% ботвы. Расположенная в междурядьях ботва ножами (молотками) ротора не захватывается [108].

Практика использования различных рабочих органов для предварительного удаления ботвы показала, что они хотя и облегчают работу комбайнов, но не мо­ гут удалить ботву с поля полностью: в поле остается 30—35 % ботвы. Поэтому даже при предварительном удалении ботвы в картофелеуборочном комбайне не­ обходимы рабочие органы для окончательного отделения ботвы.

В комбайнах применяют ботвоудаляющие устройства, которые можно клас­ сифицировать по способам отделения, основанным на различии физикомеханических свойств ботвы и клубней картофеля.

Рабочими органами, действующими по способу разделения компонентов в за­ висимости от различия их коэффициентов трения (рис. 1.14, а, б, в) являются горки различных конструкций (продольные и поперечные). Применяются такие рабочие органы на комбайнах ККУ-2, «Пакман», «Джонсон», «Уидсед» и др.

Анализ работы горок показал, что ботва на них отделяется наиболее полно только в том случае, если стебли ботвы и клубни не имеют между собой связи и подача массы на горку равномерная и небольшая. В других случаях технологический процесс нарушается и потери клубней составляют до 15%. Поэтому горки могут быть использованы лишь тогда, когда процесс корректируют вручную. Примером такого применения является переборочный стол — поперечная горка, где рабочие переборщики корректируют процесс.

Рйс. 1.14. Отделение клубней в зависимости от коэффициента трения:

а - продольная горка; б - поперечная горка; в — фрикционный баллон.

Способность растительных примесей отделяться в воздушном потоке от тяже­ лых компонентов (комков и клубней) привела к созданию ботвоотделяющих ра­ бочих органов пневматического типа (рис. 1.15, а, б, в ). Процесс, выполняемый такими рабочими органами, заключается в использовании различия коэффициен­ тов парусности компонентов, помещенных в воздушный поток.

Рис.1.15. Разделение компонентов в зависимости от аэродинамических а - с наклонным воздушным потоком; б - с горизонтальным воздушным пото­ Известно, что коэффициенты парусности находятся в сложной зависимости не только от размеров и состояния самих тел, но и от состояния и рода среды, в которой тела находятся, а также от скорости движения тел относительно среды.

Рис. 1.16. Разделение компонентов в зависимости от размера:

а - барабан с большими просветами между прутками; б - грохот с больши­ ми просветами между тростями; в - редкопрутковый транспортер; г — транспор­ тер с продольными щелями.

Рис. 1.17. Комбинированные устройства для отделения ботвы:

а - редкопрутковый транспортер с очесывающим прутком; б - горка с вали­ ком; в г горка с валиком в сочетании с воздушным потоком; г - грабельнопальчатый с валиком; д — батарея валиков.

Анализ состояния массы стеблей ботвы и клубней показал, что коэффици­ енты парусности сильно варьируют, поэтому нельзя ожидать четкого разделения клубней от стеблей ботвы. Полностью отделяться могут только некоторые расти­ тельные примеси. При таком разнообразии массы нельзя подобрать оптимальный режим разделения в воздушном потоке. Практика работы комбайнов «Шотболт», К-4 и др. показывает, что при этом способе нет четкости разделения, 20 % клуб­ ней и более выбрасываются на поле вместе с ботвой.

Ботвоотделение на решетчатой поверхности основано на разделении компо­ нентов по размерам (рис. 1.16), в частности для ботвы, комков почвы и клубней по длине. Если массу комков почвы, клубней и ботвы поместить на движущуюся по­ верхность с просветами, несколько большими, чем размеры клубней и комков, то клубни и комки почвы провалятся, а стебли ботвы задержатся (зависнут) на по­ верхности.

Многолетняя практика работы по созданию картофелеуборочных комбай­ нов выявила ряд рабочих органов для удаления ботвы данным способом. К ним относятся прутковый транспортер с большими просветами, грохоты с большими просветами между тростями, барабан с большими просветами между располо­ женными внутри прутками и др. Большинство таких рабочих органов применяют и сейчас в картофелеуборочных комбайнах, главным образом зарубежных («Джонсон», «Уидсед», Е665, Е675, «Экенгорд» и др.).

Испытания этих комбайнов показали, что в условиях России такие рабочие орга­ ны могут качественно выполнять процесс только при хорошо рассредоточенной массе без наличия клубней, прочно удерживаемых на столонах. В любых других случаях без наличия дополнительных рабочих органов для отрыва клубней будут наблюдаться потери (в среднем 6—30 %).

Принципы отрыва клубней основаны на различии разрывных усилий стеб­ лей ботвы и столонов и осуществляются главным образом протаскиванием массы стеблей ботвы с клубнями через щель, размеры которой меньше размеров клуб­ ней. Ботвоудаляющие органы, работающие по этому принципу, различаются в за­ висимости от того, как создается усилие протаскивания. Большое распростране­ ние имеют такие рабочие органы, как пара вращающихся навстречу один другому валиков, горка в сочетании с валиком, батарея валиков (рис. 1.17) и др., где уси­ лие протаскивания возникает в момент взаимодействия вращающихся валиков как равнодействующая сил трения валика о протаскиваемую массу. Подобные ботво­ удаляющие рабочие органы, как показали наблюдения за работой комбайнов ККРК- 1,«Брюнер», могут качественно работать лишь при небольшой подаче, когда масса ботвы подается рассредоточенно и равномерно. Этого практически достичь очень трудно.

В некоторых конструкциях комбайнов европейских стран для отделения ботвы используют ряд пальцев, перпендикулярных по отношению к направлению движения транспортера. Пальцы, как правило, изготовлены из стали и укреплены шарнирно на оси, вокруг которой они.могут качаться. В заданном положении они поддерживаются противовесами или пружинами. Иногда пальцы изготовляют из пластмассы или резиновых шлангов. Пальцы направляют растительные остатки, находящиеся на элеваторе, к валику, вращающемуся в сторону, противоположную движению полотна элеватора, который затягивает ботву вниз. На некоторых ком­ байнах, например фирмы «Гримме», предусматривается двух- трехкратное удале­ ние ботвы пальчатыми ботвоудалителями. Однако, они отделяют только 60—70 % ботвы.

ВИСХОМом и Рязанским ГСКБ разработан ботвоудаляющий орган, в кото­ ром предусмотрено разобщение операций ботвоотделения. Вначале происходит предварительное расслоение массы, стебли ботвы зависают, а клубни провалива­ ются. Затем стебли прижимаются сверху прорезиненным полотном и протаски­ ваются через щель между транспортером и очесывающим прутком. Такой ботво­ удаляющий орган нашел применение во многих образцах картофелеуборочных комбайнов отечественного производства.

Конструкция ботвоудаляющего органа (рис. 1.18) состоит из ботвоотводящего разреженного транспортера 1, пруткового элеватора 2, прижимного транс­ портера 3, клубнеочесывающего валика 4 и компенсационных пружин 5. Устрой­ ство работает следующим образом: ботва, клубни и почва подаются на транспор­ тер 1, на котором происходит расслаивание массы — клубни и почва просыпают­ ся вниз на прутковый элеватор 2, а ботва с удерживающимися на столонах клуб­ нями зависает на прутках. Затем ботва прижимается сверху к редкопрутковому транспортеру 1 прижимным прорезиненным транспортером 3 и в таком состоянии продвигается к неподвижному очесывающему валику 4.

. Рис. 1.18. Ботвоудаляющее устройство транспортерного типа Здесь клубни очесываются и попадают на подъемный барабан 6, а ботва выносит­ Устройство громоздкое, объемное занимает обширное место на раме ком­ байна. Как показал опыт эксплуатации комбайнов, снабженных ботвоудалителями транспортерного типа при деформации (изгибе) очесывающего валика 4 и прутков разреженного транспортера 1 технологический процесс отделения клуб­ ней от ботвы нарушается, поэтому, потери клубней могут резко возрастать.

Следовательно, при изыскании нового ботвоудаляющего устройства необ­ ходимо разрешить следующие задачи:

- уменьшить габариты устройства;

- упростить его конструктивную схему;

Полнота сбора корнеплодов, % Количество корнеплодов с длиной ботвы после об Коэффициент надежности технологического процесса не ниже 0. Физико-механические свойства ботвы картофеля зависят от степени зрело­ сти растения. Зеленая ботва недозревшего картофеля имеет меньшие прочность, длину и толщину стеблей по сравнению с ботвой созревшего картофеля.

В одном кусте картофеля может быть от 1 до 10 стеблей, а в редких случаях и бо­ лее; средняя длина стеблей составляет 60—90 см, максимальная — 2 м; диаметр ботвы у основания А—^20 мм, плотность ботвы в уплотненном состоянии кг/м^.

Положение ботвы на поверхности поля весьма неопределенно и зависит от ряда факторов: сорта кaptoфeля, агротехники возделывания, погодных условий и др. Состояние и положение ботвы в поле характеризовать математически затруд­ нительно.

Степень полеглости ботвы можно характеризовать коэффициентом полеглости к, представляющим собой отношение суммы высот стеблей кустов, заме­ ренных в естественном положении, к сумме длин тех же стеблей в вытянутом по­ ложении. При слабой полеглости А:> 0,75: при средней к = 0,5...0,75; при силь­ ной А = 0,3...0,5; при очень сильной к < 0,3. Слабая полеглость ботвы наблюда­ ется лишь у недозревшего картофеля. По мере созревания, а также после замороз­ ков ботва полегает, что существенно влияет на работу машин для предваритель­ ного удаления ботвы.

Акад. В. П. Горячкин [43] для клубней картофеля различает несколько ви­ дов трения: трение скольжения, трение качения и трение опрокидывания. Трение опрокидывания отличается от трения качения тем, что перемещение клубня под воздействием движущей силы происходит вдоль большой оси (длины) клубня.

Очевидно, что этот вид трения является неустойчивым. Каждый вид трения ха­ рактеризуется соответствующими коэффициентами трения (табл. 2.5). Значения коэффициента трения качения клубня по клубню составляют 0,5—0,6, а трения скольжения - 0,8. Из прийеденных данных следует, что значения коэффициентов трения клубней даже по одним и тем же поверхностям заметно варьируют.

Значения коэффициентов трения клубней по различным поверхностям Стальной лист Прорезиненная лента Для трения скольжения это объясняется непостоянством влажности клуб­ ней, а для трения качения — изменчивостью формы клубней. Но во всех случаях коэффициенты трения качения меньше коэффициентов трения скольжения В. И. Табачук [102]с помощью маятникового копра определял коэффициент восстановления скорости клубней при падении их на металлическую плиту. Он установил, что для сорта Берлихинген этот коэффициент равен 0,6, Кал ев — 0,55, Лорх — 0,63. При дальнейших исследованиях определен коэффициент вос­ становления скорости клубней при ударе о резину —0,7...0,76.

Живая ткань клубня может разрушиться при статических нагрузках (сжа­ тии) или динамическом воздействии (ударе) на него. Прочность клубней увеличи­ вается по мере их созревания и соответствующего уменьшения влажности, что от­ ражается зависимостями, показанными на рис. 2.3, а Рис: 2.3. a - зависимость прочности клубней сорта Вольтман при сжатии от сроков уборки (по данным B.C. Митрофанова): 1 - тк= 23...35 г; Шк = 50...60 г;

m к =80... 100 г; 4- влажность клубней;

б - зависимость прочности Р клубней при сжатии от их массы m кКрупные клубни прочнее, чем мелкие. Последнее подтверждается данными опытов М. Е. Мацепуро (рис.2.3, б).

Кроме того, прочность клубней зависит от направления приложения нагруз­ ки и сорта картофеля, что видно из данных лаборатории агрофизики ВИСХОМа (табл. 2.6).

Полное разрушение клубня (появление трещин) при динамическом ударе о металлическую поверхность происходит при скорости соударения 10 м/с и выше.

При меньших скоростях клубни повреждаются частично. При скоростях соударе­ ния менее 3 м/с повреждений мякоти не наблюдается.

Размер (длина, ширина или картофеля на всех видах почв при гладкой, гребневой и полугребневой гг о садках с междурядьями 70 см.

К машинам предъявляют следующие основные требования.

При технологической схеме уборки, предусматривающей предвари;тельное удаление ботвы для облегчения работы картофелеуборочных машин, специальная ботвоуборочная машина должна собирать в бункер не менее 70 % урожа^^ ботвы.

Урожай ботвы может достигать 60 ц/га. Для снижения механических повх^еждеН И клубней, особенно при уборке семенного картофеля, рекомендуется т а х с ж е производить предуборочное удаление ботвы.

При уборке ботвы не допускается смятие рядков картофеля колесами: а г р е ­ гата, разрушение клубневых гнезд, извлечение клубней на поверхность nojr.»: или их повреждение. Ботвоуборочная машина должна собирать ботву в бункер и : в ы ­ гружать ее в транспортные средства или сбрасывать в конце гона в кучи. !3]чл;.

При работе картофелекопателей допускаются повреждения не более 3 *Уо клубней по массе. К поврежденным относятся клубни: раздавленные, р а з р е з а н н ы е и надрезанные, с трещинами длиной по хорде 20 см, с вырывами и потемневи:иями мякоти от ушибов глубиной более 5 мм и содранной кожурой в сумме б о л е е чем с 1/4 поверхности клубня.

Картофелеуборочный комбайн должен выкапывать картофель, отделсясть клубни от почвы, ботвы и прочих примесей и выдавать чистые клубни в б > ^ и к е р или непосредственно в рядом идущие транспортные средства. Он должен у б и р а т ь картофель при гладкой и гребневой посадках с различным урожаем к л у б н е й и со­ стоянием ботвы (зеленой, отмершей, удаленной). Комбайн должен собирать> в бункер не менее 97 % урожая картофеля. Потери всех видов не должны п р ^ : в ы шать 3 % (но не более 6 ц/га). Чистота картофеля в таре должна быть не м е 1 ^ : е е При работе комбайна на легких, средних и засоренных камнями поч::ва.х (при температуре почвы не ниже + 5 °С) повреждения клубней не должны превь-хшать 10 %, а на переувлажненных тяжелых почвах — до 5 %.

Картофелекопатели должны агрегатироваться с тракторами класса 0,9 или 1,4. Подъем и заглубление лемехов картофелекопателей должны осуществляться от гидросистемы трактора как при движении афегата, так и при его остановке.

Однорядные комбайны должны агрегатироваться с тракторами класса 0,9—1,4;

двухрядные комбайны—с тракторами класса 1,4 и 2,0. Подкапывающие рабочие органы комбайна должны быть хорошо приспособлены к микрорельефу поля и должны обеспечивать равномерную глубину хода при различных заглублениях.

Отклонение глубины хода лемехов от установленного значения допускается не более ±2 см.

Рабочие органы картофелеуборочных машин должны иметь предохранительные устройства, исключающие их поломку при попадании камней и других посторон­ них предметов. Самоходные комбайны должны быть оснащены приборами, сиг­ нализирующими о выходе из строя рабочих органов.

Однорядный комбайн должно обслуживать не более четырех человек, а двухрядный — не более шести (включая рабочих, занятых на переборочном сто­ ле).

Производительность двухрядных картофелекопателей установлена не менее 0,4 га/ч сменного времени, а картофелеуборочных комбайнов не менее 0,15 га/ч на каждый рядок.

Срок службы картофелеуборочных машин должен быть не менее 7 лет. Без замены быстроизнашивающихся деталей картофелекопатели должны обработать не менее 100 га, а комбайны - не менее 50га за сезон.

Картофелеуборочные машины должны иметь высокие показатели надежно­ сти и долговечности: коэффициент готовности 0,95; коэффициент надежности технологического процесса 0,97; коэффициент технического использования 0,90;

коэффициент использования эксплуатационного времени 0,60; наработка на отказ I группы сложности 20 ч; II группы сложности - 40 ч. и соответствовать «Единым требованиям к конструкциям тракторов и сельскохозяйственных машин по безо­ пасности и гигиене труда».

2.2 Анализ теоретических исследований рабочих органов для Исследованиям рабочих органов для механизированного удаления бот­ вы моркови на корню посвящены работы Д.Ю. Адамониса, Л.С. Бакулева, К.Д. Матвеева, Л.М: Максимова, В.Б. Панова, Д.Т. Турусбекова, Н.А.

Фриндлендера, В.А. Хвостова, и др.

В.А. Хвостовым теоретически обоснована возможная точность механи­ ческой обрезки. Исследованы вопросы: зависимость точности обрезки от тра­ ектории движения ножей, критической скорости резания, элементов теории копирования [137].

Условие работы ботвосрезающего аппарата заключается в том, что гори­ зонтальная сила, Ргор-> действующая на пучок, должна быть больше силы раз­ рушения пучка Рб, но меньше прочности корнеплода:

где Рб - сила, разрушающая пучок, Н; Р^ор - горизонтальная сила, Н;

Р^- прочность корнеплода, Н.

Максимов Л.М. [71] отмечает, что на прочность ботвы влияет ряд фак­ торов:.биологическое состояние (диаметр и влажность ботвы), угол Ч' прило­ жения силы между линией действия силы и осью симметрии корнеплода.

Усилие, необходимое для отделения ботвы от корнеплода выражает зави­ симостью:

где bk - среднемаксимальная ширина размещения корней в ряду, м; гпъ среднее отклонение копача от оси ряда во время работы, обуславливаемое точ­ ностью вождения копача по рядам, м.

Принимая а, уравнение (3.37) можно записать в следующем виD cos J де:

Рис. 3.17. к определению основных параметров дисковых копачей Прологарифмировав выражение (3.39), получаем Применив логарифмический масштаб, для обеих осей координат и произве­ дя необходимые вычисления, получаем номограмму (рис. 3.18), на которой правая и левая части уравнения представлены семействами прямых. По номограмме можно определить любой из неизвестных параметров дисковых копачей при из­ вестных остальных [41].

2у = 4С Рис. 3.18. Номограмма зависимостей между основными параметрами Исходя из анализа проведенных нами исследований [72], установлено: глу­ бина извлечения корнеплодов при предварительном подкапывании hd =0,125 м, угол атаки 2 / = 30 °, расстояние максимального раскрытия С = 0,320 м.

Руководствуясь этими параметрами из номограммы (рис. 3.18) [41] получим диаметр рабочего органа (по концам пальцев) D — 0,70 м. При данном диаметре на одном диске рабочего органа конструктивно размещается - 8 пальцев.

Подкапывающий пассивный нож 1 (рис.3,12), размещенный впереди роторного копателя, отделяет пласт с корнеплодами от основного массива поч­ вы. Нож представляет собой одногранный плоский клин (скобу), снабженный бо­ ковыми вертикальными стенками, верхние концы которых закреплены на раме машины. Нас будет интересовать длина рабочей части ножа Lj и расстояние а между боковыми лезвиями (стойками).

Влияние длины рабочей поверхности лемеха на качество подкапывания вы­ ражается в том, что с увеличением длины Lj скорость перемещения пласта по ле­ меху уменьшается. В силу этого, при какой-то предельной длине Lj происходит сгруживание почвы впереди лемеха.

Анализируя процесс работы землеройных машин, А.Н. Зеленин установил, что срезаемый лезвием пласт почвы перемещается по лемеху под действием ак­ тивной силы, значение которой зависит от площади сечения пласта.

Исходя из условия, согласно которому активная сила равна суме сил, пре­ пятствующих перемещению пласта, А.Н. Зеленин [51] рекомендует длину сво­ бодного перемещения срезаемой стружки определять по формуле:

где КСЖ- удельное сопротивление пласта сжатию, Н/м ; y^Q - удельный вес почвы, Н/м ; а - угол установки лемеха, град; (р — угол трения, град.

Допустимая длина лемеха Lj < L, так как при невыполнении этого ус­ ловия начинается сгруживание почвы.

Полученную зависимость следует считать приближенной, поскольку в ней не учитывается поступательная скорость ножа. Между тем скорость ножа оказы­ вает существенное влияние на сгруживание почвы.

Г.Н. Синеоков [129], рассматривая вопросы сгруживания почвы при рабо­ те двухгранного клина, установил, что вероятность сгруживания почвы впереди лемеха возрастает с увеличением его скорости. Им предложена зависимость для определения максимальной длины ножа:

принимаем L2 = 0,4 м.

Предельное значение угла резания «2 (рис, 3.12) для лемешковых копачей [138] определяется из уравнения:

sinгде / - коэффициент трения почвы о поверхность копачей.

Подставляя в (3.44): / = 0,5; S = 40°, принимаем: «2=18°.

Одним из основных факторов, влияющих на процесс выкапывания корнеплодов роторно - пальчатым выкапывающим рабочим органом является кинема­ тический'режим L Это отношение окружной скорости дисков VQ (рабочего орга­ на) к поступательной скорости машины V^.

Проведенные автором многолетние теоретические и экспериментальные ис­ следования различных типов роторно-пальчатых рабочих органов позволили ус­ тановить для них оптимальный кинематический режим Я = 2...3. Конструкция, приведенная в данной работе, отличается от ранее разработанных нами выкапы­ вающих рабочих органов: меньшим диаметром, отсутствием гибких связей меж­ ду пальцами 3 в продольном направлении и наличием вспомогательных лемешковых копачей 11(рис. 3.12).

Мощность Nj, затрачиваемая на предварительное разрыхление пласта под­ капывающим ножом, находится по выведенной нами формуле:

Л'^, = bhlpg • tg{ai +д))+ IbhlpV^^ sin —^ cos —^ tg{a^ + ^ ) где Ь - ширина пласта, м; /г - толщина пласта, м; / - длина рабочей поверх­ ности ножа, ш;р- плотность почвы, кг/м^; «; - угол наклона ножа, град; V^- по­ ступательная скорость, м/с; (р - угол трения, град; awn- опытные коэффициен­ ты, зависящие от ширины ножа, при ширине ножа 0,29 м,flf= 31,8, ?/ = 0,86 [51].

Мощность N2, затрачиваемая на привод рабочего органа (рис. 3.13), опре­ деляется по полученному нами выражению:

где P „- полное сопротивление отделению предварительно деформирован­ ного пласта почвы с пальцами, И; R- радиус вращения копателя, м; VQ - окруж­ ная скорость, м/с; V^- поступательная скорость, м/с; (2^^ - угол между радиусом, проведенным из центра копателя к данной точке отделяемой стружки почвы и вертикалью, град; п - число оборотов копателя, мин" ; z - количество пальцев.

Результаты расчетов по выражениям (3.45) и (3.46) показывают, что теоре­ тически затраты мощности на подкапывание пласта и привод роторно-пальчатого выкапывающего рабочего органа не превышают 4 кВт.

Рис. 3.13 Схема к определению мощности необходимой для привода Таким образом, в результате проведенных теоретических исследований комбинированного роторно-пальчатого выкапывающего рабочего органа уста­ новлено с|1едующее:

1. Разработанный комбинированный роторно - пальчатый выкапывающий орган должен иметь параметры: диаметр по концам рабочих пальцев D = 0,70 м;

количество пальцев - 8 шт. при расстоянии между ними относительно оси ряда 3. Выкапывание корнеплодов с минимальными повреждениями возможно, но при наличии в непосредственной близости от копающего ротора подкапыо вающего ножа, установленного под углом от, = 15; при расстоянии между боковинами d= 0,4 м\ и длине ножа L/ = 0,25 м.

4, Исключение потерь корнеплодов и обеспечение работы выкапывающего органа при различных условиях обеспечит введение в конструктивную схему пассивных вспомогательных лемешков со следующими параметрами: зазоры С;

= 0,180 м и Cj = 0,040 м, соответственно в передней и задней части лемешковых копачей длина рабочего русла копачей Lj = 0,4 м; угол установки копачей «2=18°.

4. Кинематический режим работы роторного копателя — необходимо выби­ рать в пределах от 2 до 4.

5. Суммарная мощность, затрачиваемая на перемещение и привод роторнопальчатого выкапывающего рабочего органа, не превыщает 4 КВт.

На основе анализа конструкций сепарирующих рабочих органов, их теоре­ тических и экспериментальных исследований, проведенных другими авторами, изложенных в главах 1 и 2, принята рабочая гипотеза, что для более качественно­ го отделения примесей от корнеклубнеплодов, необходимо сочетание цилиндри­ ческого барабана и пруткового элеватора.

Прутковый элеватор, огибая заднюю половину наружной, упругой поверх­ ности барабана и пруткового элеватора, образуют «силовой канал». На ворох, за­ ключенный между упругой поверхностью барабана и решетчатой поверхностью пруткового элеватора, в зоне подъема действуют составляющая силы тяжести и центробежная сила.

На основе данной гипотезы нами был разработан принципиально новый сепарирующий рабочий орган ЦВС (рис. 3.14) [12].

Рис. 3.14. Схема центробежно-выжимного сепаратора ЦВС Кроме того, в данном случае необходимо учесть силу упругости ремней, со­ ставляющих поверхность барабана. Под действием этих сил интенсивно разру­ шаются почвенные комки, отделяются мелкие почвенные примеси, ворох по мере освобождения от примесей транспортируется снизу вверх.

При разработке конструкции комбайна для уборки корнеплодов моркови (учитывалась форма корцеплодов, их технологические свойства и характер при­ месей в убираемом ворохе) в схему сепаратора (рис. 3.14) было введено пальча­ тое прорезиненное полотно. Получился новый сепарирующий рабочий орган, на­ званный нами ЦВС-1М (рис.3.15) [95], представляющий собой цилиндрический барабан 6, заднюю половину наружной упругой поверхности которого огибает прутковый элеватор 5. В верхней части барабана 6 пальчатое полотно 1 оттянуто направляющим вальцом 2 вперед и вверх таким образом, что на участке между верхней ветвью пруткового элеватора и барабана образуется пальчатая раздели­ тельная горка.

Рабочий процесс протекает следующим образом. Соприкасающиеся через посредство резино-пальчатого полотна поверхности барабана и пруткового элева­ тора образуют «силовой канал». Ворох, двигаясь по прутковому элеватору, попа­ дает в этот «канал», где в зоне подъема действуют: составляющая силы тяжести, центробежная сила и сила упругости от воздействия барабана. Под воздействием этих сил интенсивно разрущаются почвенные комки, отделяются мелкие почвен­ ные примеси, ворох по мере освобождения от примесей транспортируется снизу вверх.

Рис.3.15. Схема одноступенчатого сепарирующего рабочего органа ЦВС-1М:

1 - пальчатое прорезиненное полотно; 2 - направляющий валец; 3 -направляющий ролик элеватора; 4 - поперечный выгрузной транспортер; 5 - прутковый элеватор;

6 - цилиндрический барабан; 7 - лоток для отвода примесей.

Под действием силы тяжести корнеплоды и тяжелые примеси скатываются вниз по горке, а мелкие примеси и растительные остатки, подхваченные пальцами горки, выбрасываются на скатный лоток примесей 7. Корнеплоды перемещаются в сторону обратную движению агрегата дополнительной сепарирующей ветвью пруткового элеватора, образованной путем оттягивания ее направляющими роли­ ками 3 и попадают на поперечный выгрузной транспортер 4.

Особенностью технологической схемы подобного сепаратора является то, что он представляет собой сочетание пруткового элеватора, цилиндрического барабана и пальчатого прорезиненного полотна. На качество работы сепаратора влияют конструктивные параметры (длина пальчатого полотна, угол наклона пальчатого полотна к горизонту, длина сепарирующей поверхности элеватора, угол наклона к горизонту поверхности элеватора) и кинематические (скорость движения пруткового элеватора и полотна разделительной горки). Условно, про­ цесс отделения корнеплодов от примесей можно разделить на три участка (рис.3.15): сепарация на прутковом элеваторе; разрушение почвенных комков на поверхности, заключенной между барабаном и огибающим его сзади прутковым элеватором и отделение мелких примесей и растительных остатков на пальчатой горке.

3.3.1 Обоснование радиуса барабана сепаратора и Сложность и разнообразие явлений, сопровождающих процесс разделения компонентов вороха, вызывает большие трудности при его математическом опи­ сании. М.Е. Мацепуро, впервые исследовавший закономерности просеивания почвы под действием силы тяжести, предложил для характеристики этого процес­ са показательную функцию вида [138]:

С учетом приведенных допущений уравнение (3.99) запишется:

Величина зазора h определяется из условия полного захвата стеблей ботвы при максимальной секундной производительности где Qj - секундная подача ботвы, кг/с; у - объемный вес ботвы, кг/м^;

Ьэ - ширина элеваторного полотна в зоне очеса, u\Vj- скорость элеватора, м/с.

При данных у= 135 кг/м ; Ь^ = 1,2 м; Уз = 1,8 м/с; Qj = 2,208 кг/с.

Зазор/г = 0,0085 м Окойчательно диаметр очесывающего прутка при очесывании клубня диа­ метром d =0,03 м будет составлять Dj =0,079м.

Следовательно, при диаметре очесывающего прутка равном D;= 0,079м клубни диаметром d =0,03 м не будут захватываться в зазор между элеватором, огибающим ведущий вал и очесывающим прутком. При меньшем диаметре оче­ сывающего прутка захват клубней исключается. С условием обеспечения прочно­ сти примем диаметр очесывающего прутка Dj= 0,040м.

3.4.2,4 Определение параметров клубнеприемного элеватора Клубни, отрывающиеся от ботвы в зоне свободного полета, движутся под углом к горизонтальной плоскости, поднимаются на некоторую высоту затем па­ дают на поверхность клубнеприемного элеватора. Известно, что при высоте паде­ ния более 0,25 м и скорости соударения более 2 м/с клубни получают заметные повреждения.

Целесообразно на пути свободнолетящих клубней поставить мягкий отра­ жательный экран. Для этого необходимо определить его размеры и место уста­ новки.

Клубень, брошенный под углом к горизонту (рис.3.30), движется согласно уравнениям:

В этих уравнениях Vp, ОС, g - постоянные величины.

Для определения уравнения траектории движения клубней надо исключить из уравнений движения время. Для этого находим из первого уравнения, что:

Рис. 3.30, Схема траектории движения свободно летящего клубня и, подставляя это выражение во второе уравнение системы (3.101), полу­ чаем искомое уравнение траектории:

Это есть уравнение параболы с осью симметрии, параллельной оси OY.

Для определения наибольшей высоты подъема точки h, надо найти по пра­ вилам дифференциального исчисления экстремальные значения у.

Для этого вычислим производную от_у по координате х и приравняем ее к нулю. Так как — =, а — ?^ и, то можно ограничиться приравниванием к нулю производной Следовательно, у достигает экстремального значения при Подставляя это значение времени во второе уравнение системы (3.101), на­ ходим наибольшую высоту подъема:

Дальность полета по горизонтали 4 определится из уравнения траектории (3.106), если положить в нем у= Отсюда находим два значения X :

Для"определения абсциссы S, при которой точка достигнет наивысшего положения, надо значение времени, соответствующе этому моменту (3.106), по­ ставить в первое уравнение системы (3.101):

При Vo = 1,8м/с; a = 45°;S = 0,165м; h = 0,08м; 4 = 0,330м.

Следовательно, высота экрана должна быть не менее 0,08 м, он должен быть размешен на расстоянии 0,165 м от крайней передней точки поверхности элевато­ ра, огибающего ведущий вал.

Длина верхней ветви клубнеприемного элеватора должна быть не менее 0,330 м. При этих условиях высота падения клубней, после встречи с поверхно­ стью экрана не превысит Д 05 л/.

Глава 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

УНИВЕРСАЛЬНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ УБОРКИ

КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ

Целью экспериментальных исследований является проверка установлен­ ных теоретических зависимостей, определение рациональных параметров и ре­ жимов нрвых рабочих органов и универсальных машин для уборки корнеклуб­ неплодов.

Программа включает проведение лабораторных исследований и производ­ ственных испытаний. В'Соответствии с поставленной целью-программа исследо­ ваний в лабораторных условиях предусматривает решение следующих задач:

- разработать конструкции и изготовить макетные образцы: устройства для уборки ботвы моркови на корню, роторно - пальчатого выкапывающего рабочего органа и центробежно-выжимного сепаратора для отделения корнеклубнеплодов от примесей;

- определить пределы варьирования основных факторов, влияющих на процессы удаления ботвы, выкапывания и сепарации;

- выявить оптимальные режимы работы исследуемых устройств с исполь­ зованием метода математического планирования полнофакторного экс­ перимента;

- определить потребную мощность на их привод.

В производственных условиях программа исследований предусматривает:

- проведение производственных испытаний;

- уточнение установленных теоретически и в ходе лабораторных исследо­ ваний рациональных параметров и режимов работы разработанных уст­ - определение качественных и технико-экономических показателей их рабо­ 4.1 Экспериментальные установки и условия проведеция исследований 4.1.1 Устройство для отделения ботвы моркови на корню Устройство для отделения ботвы моркови на корню состоит из ботвоудаляющего рабочего органа, механизма привода, винтового регулятора положения опорных колес, рамы и устройства сцепки (рис. 4.1). Рабочий орган выполнен из четырех бичей 1 прямоугольной формы, изготовленных из транспортерной ленты толщиной 8 мм...

Рис.4.1. Устройство для отделения ботвы моркови на корню:

1-бич; 2-лопасть; 3-кольцо; 4-ведущий поводок; 5-гибкий диск; 6-вал вер­ тикальный; 7-корпус подшипниковый; 8-редуктор конический; 9-винтовой ме­ ханизм регулировки; 10-опорные колеса; И-рама; 12-устройство прицепное Концы ленты, из которой изготовлен бич, свободными концами при по­ мощи болтов крепятся к концам лопасти 2, образуя при этом замкнутый контур в нижней части в виде петли. Лопасти 2 и ведущие поводки 4 размещены во взаимно перпендикулярных плоскостях и прикреплены на перегибе к кольцу 3, из­ готовленному из ремня (тип ремня ЛКВ-001) теребильного аппарата льноубо­ рочного комбайна. Размеры ремня (изделия промышленного изготовления) хо­ рошо соответствуют предъявляемым к кольцу требованиям. Диаметр ремня - мм - позволяет уменьшить длину лопасти 2 до 200,..250 мм. Сечение ремня 10x100 мм и материал, кордированная резина, обеспечивают согласованное вра­ щение лопастей независимо от действующей на каждую из них нагрузки, и в то же время позволяют им индивидуально копировать неровности почвы.

Вертикальный вал 6 имеет фланец, к которому крепится гибкий диск 5, установленный в подшипниковых опорах корпуса 7 (см. рис.4.1). Вращение на вал 6 передается через карданную передачу и конический редуктор 8 от вала от­ бора мощности трактора. Высота установки рабочего органа ботвоудалителя ре­ гулируется винтовым механизмом 9 за счет вертикального перемещения рамы относительно опорных колес 10. Все сборочные единицы установлены на раме 11, имеющей в передней части прицепное устройство 12. Установка агрегатируется с тракторами класса от 9 до 14 кН. На рис. 4.2 показаны: общий вид лабораторно - полевой установки и ботвоудалитель в работе.

Рис. 4.2. Общий вид лабораторно-полевой установки Определение мощности, необходимой для привода ботвоудаляющего ра­ бочего органа проводились в лабораторных условиях при помощи измерительного комплекта К-505 (фиксирующий электронный прибор для снятия мощностных характеристик электродвигателей). Энергетические показатели экспери­ ментальной установки показанной на рис. 4.3, определены в соответствии с ме­ тодикой изложенной в ГОСТ 25941-83.

Схема управления электродвигателя привода рабочего органа ботвоудалителя показана на рис. 4.4. Для привода установки применялся двигатель постоян­ ного тока типа П31. Электрическую мощность измеряли для случая: вращение рабочего органа с постоянной угловой скоростью со =51,8 рад/с, скорость пере­ мещения установки VM = 0,5 м/с, высота установки рабочего органа принята равной HQ = 0,09 м.

а - комплект измерительный К-505и механизм передвижения; б - привод Рис.4.4. Схема управления электродвигателем привода ботвоудаляющего После выхода установки на установившийся режим работы определяли мощность на валу двигателя, необходимую для привода исследуемой установки, при этом:

где Nb - мощность, необходимая для привода рабочего органа, Вт;

Jfi-сила тока в якоре двигателя. А; Т^^^-сопротивление цепи якоря электродвига­ теля. Ом; Ufi — напряжение на якоре, В; NQ - потери холостого хода, Вт; }^доб — добавочные потери, Вт; Л^^^ - потери в щетках, Вт.

Сопротивление якоря электродвигателя R^ было 2 Ом. Добавочные потери определяли как }ido6 "=0,01 JaU^, а потери в щетках находим по формуле Nuf=J^UnpH и=1В.

4.1.2 Лабораторно-полевая установка для исследования центробежновыжимного сепаратора ЦВС-1М и роторно-пальчатого выкапывающего рабочего Сепарирующий рабочий орган для отделения корнеплодов от примесей ЦВС-1М (рис.4.5) состоит из цилиндрического барабана 5 с горизонтальной осью вращения, основаниями которого являются металлические ободья с на­ правляющими дорожками. Образующие барабана выполнены из прутков, концы которых приварены к основаниям барабана через определенное расстояние. На образующие барабана надето пальчатое прорезиненное полотно 2. В верхней части оно оттянуто направляющим вальцом 1 вперед и вверх. Заднюю половину наружной, образованной таким образом упругой поверхности, огибает прутко­ вый элеватор 6. Участок прорезиненного пальчатого полотна, расположенный над верхней ветвью пруткового элеватора, образует разделительную пальчатую горку.

Лабораторно-полевая установка представляет собой описанный выше сепа­ ратор ЦВС-1М, установленный на раму полунавесного картофелекопателя КСТВ передней части установки смонтирован роторно-пальчатый выкапываю­ щий рабочий орган РПК 8, подробно описанный в разделе 3.2 (рис. 3.12). Привод рабочих органов осуществляется ВОМ трактора. Вращение передается кардан­ ным валом через конический редуктор 9 с помощью цепной передачи к ведуще­ му валу сепарирующего рабочего органа. Изменение скорости движения пальча­ того полотна осуществлялось изменением частоты вращения ВОМ, а получение более широких пределов варьирования скорости производилось при помощи звездочек цепной передачи. Угол наклона пальчатого прорезиненного полотна регулируется винтовым механизмом 3 в пределах от 40° до 90°. Привод выгруз­ ного транспортера осуществлялся цепной передачей через конический редуктор.

Рис. 4.5. Общий вид лабораторно-полевой установки для исследования сепаратора ЦВС-1М и роторно-пальчатого рабочего органа РПК:

1-направляющий валец; 2- пальчатое прорезиненное полотно; 3-винтовой меха­ низм регулировки пальчатого полотна; 4- лоток отвода примесей; 5- барабан; 6прутковый элеватор; 7- поперечный выгрузной транспортер; 8-роторно -пальча­ тый выкапывающий рабочий орган; 9-коническо-цилиндрический редуктор 4.1.4 Математическое планирование полнофакторных экспериментов В реальных условиях на процессы отделения ботвы, выкапывание корне­ плодов, отделения их от примесей оказывает влияние множество взаимосвязан­ ных между собой факторов. Их модедирование в полном объеме не представля­ ется возможным, поэтому необходимо выделить из них наиболее существенные.

Для ботвоудаляющего устройства оптимизировался процесс по показате­ лю полноты отделения ботвы, который наиболее полно оценивает качество работы ботвоудаляющего рабочего органа, как в лабораторных, так и полевых ус­ В качестве основных управляемых факторов процесса удаления ботвы были приняты: скорость движения агрегата V^, м/с; угловая скорость рабочего органа со, с''; установка рабочего органа относительно поверхности Hg, м.

Скорость резания влияет и на такой важный показатель, как отгиб стеблей в процессе резания и связанную с ним неравномерность высоты среза. Нижняя граница угловой скорости ботвоудаляющего рабочего органа должна быть при­ нята из условия обеспечения бесподпорного среза и устойчивой работы ботво­ удаляющего устройства при выносе срезанной ботвы за пределы рядка.

При радиусе рабочего органа R^ = 0,65м угловая скорость должна быть не менее со = 30 с'\ Верхний интервал варьирования угловой скорости примем равной угловой скорости вращения вала отбора мощности й)= 56,52 с''. Увели­ чение этого параметра приводит к росту повреждаемости выше допустимых по­ казателей вследствие увеличения числа повторностеи воздействия по головкам моркови бичами.

По'результатам предварительных полевых исследований, целью которых было определение интервалов варьирования основных факторов, построены графики зависимостей (рис.4.6 - 4.7) полноты отделения и повреждаемости мор­ кови от принятых ранее управляемых факторов. Исходя из них, пределы изме­ нения скорости VM принято от 0,4 м/с до 1,1 м/с, высоту установки рабочего ор­ гана Hg выбирали в пределах от 0,08 до 0,12 м.

Проведенные теоретические и предварительные полевые исследования по­ зволили обосновать основные параметры и режимы работы, при которых повре­ ждения корнеплодов минимальны. Проанализировав общий характер процес­ са, учитывая данные, полученные в ходе теоретических исследований, ре­ шен вопрос о границах изменения факторов, интервалов варьирования и составлен план проведения основных экспериментов. Скорость движения аг­ регата V^, = 0,76м/с и 1,04 м/с («средний» и «высокий» уровни) соответствует движению на второй пониженной и второй повышенной передачах трактора со­ ответственно.

С целью установления предельных границ и интервалов варьирования ки­ нематического режима, глубины копания h и угла расположения отводящей ленты Р роторно- пальчатого выкапывающего рабочего органа проведены по­ исковые опыты на макетах корнеплодов в лабораторных условиях. Значения уровней факторов выбирались близкие к предельно возможным: соотношение —^-min = 1,5;—^max = 7,0; глубина копания hmax'=0,20, ктщ=0,03\ угол наклона отводящей ленты' Р^^^ = 70°, Р^^^ =15°. Опыты в лабораторных усло­ виях, проводились в почвенном канале лаборатории "Почвообрабатывающие машины" Ижевской ГСХА. Модели корнеплодов располагались в почвенном канале в ряд длинной 4 м таким образом, чтобы извлечение их рабочим органом началось только при достижении устойчивого режима работы.

Величина отклонения головок моделей корнеплодов от оси ряда расстоя­ ние между ними в ряду устанавливались по данным полевых замеров. Перед ка­ ждым опытом после установки моделей, почва уплотнялась до твердости поряд­ ка 0,25 МПа. Поступательная скорость была постоянной ^ = 0,5 м/с, а обороты рабочего органа изменялись и = 18 мин"', 60 мин"', 34 мин"' путем перестанов­ ки приводных звездочек.

Рабочий орган опускался на нужную глубину и приводился во вращатель­ ное движение. После достижения им стабильных оборотов включался моторредуктор, обеспечивающий поступательное перемещение установки.

Выкапываемые рабочим органом макеты корнеплодов вместе с некоторым количеством почвы выбрасывались на разматывающуюся пленку специального телескопического устройства.

•высота черешков 0-0,02 м; •высота черешков 0,02-0,05м;

•высота черешков свыше 0,05м; •повреждения, % Рис. 4.6. Зависимость полноты отделения ботвы и повреждедий моркови от по­ Рис.4.7. Зависимость полноты отделения ботвы и повреждений моркови от высоты установки рабочего органа относительно поверхности поля.

Одновременно производился замер мощности, затрачиваемой на привод рабочего-органа комплектом К-505. После прохода установки почва и модели корнеплодов собирались с пленки в отдельную тару и взвешивались, при этом находившиеся под пленкой корнеплоды относили к потерям.

Основными показателями, характеризующими процесс' сепарации, являют­ ся: полнота отделения корнеплодов от примесей, повреждаемость корнеплодов.

Можно оптимизировать оба показателя, но при этом возникнут осложнения с анализом результатов, так как придется решать компромиссную задачу. Кроме того, это потребует постановки большого количества опытов и увеличит счет­ ную работу. Проведенные теоретические исследования позволили обосновать основные параметры и режимы работы, при которых повреждения корнеплодов маловероятны. К тому же необходимо отметить, что при проведении лаборатор­ ных исследований получить достоверные показатели повреждаемости корнеплодов очень сложно.