Актуальные вопросы совершенствования картофелеуборочной техники

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Картофель возделывается в 130 странах мира на площади свыше 18 млн. га, с которой ежегодно собирают более 300 млн. т. клубней. На долю РФ приходится около 11%…14% общего объема производства. Полученный картофель расходуется на питание, корм скоту, технические цели, в семенной фонд.

По данным Министерства сельского хозяйства России, наибольшее количество картофеля в нашей стране (89 %) производится в крестьянско-фермерских хозяйствах и в личных хозяйствах граждан, площадь возделывания которых составляют около 2,7 млн. га. В таких хозяйствах для уборки урожая используют преимущественно картофелекопатели с последующим подбором урожая с поля вручную. Применение копателей на небольших территориях посадки экономически более рационально по отношению к сбору урожая комбайном. Помимо этого параметры, предъявляемые АТТ к повреждаемости картофеля при уборке копателем (3%) выше, чем при уборке комбайном (5%).

Как показывает практика использования уборочных агрегатов, даже при оптимальных условиях уборки (низкая засоренность поля сорняками и камнями, отмершая ботва, влажность почвы 18%…22%, тип почвы - легкий суглинок и др.) - в бункере комбайна имеются почвенные и растительные примеси. Существует множество различных по своему характеру устройств, предназначенных для локализации данной проблемы, таких как: грядкокопирующие катки, всевозможные комкодавители и интенсификаторы сепарации, а также комбинированные подкапывающие агрегаты.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод о том, что стоит уделить значительное внимание качеству работы подкапывающих рабочих органов, ведь от этого зависит продуктивность функционирования всей машины.

В настоящее время широкое распространение получили картофелеуборочные агрегаты с приемной частью, оснащенной боковыми дисками, расположенными по краям от лемехов. Диски отрезают поднимаемый пласт почвы от междурядий. Это влечет за собой улучшение показателей работы картофелеуборочной машины, таких как: снижение тягового сопротивления, уменьшение эксплуатационных затрат, снижение повреждаемости клубней картофеля и уменьшение количества крупных почвенных комков в ворохе, поступающем на сепарирущие рабочие органы. Наиболее эффективным и экономичным с точки зрения энергозатрат, является работа пассивных дисков с почвозацепами.

Качество работы картофелеуборочных машин напрямую зависит от конструкции и эффективности функционирования подкапывающих рабочих органов, так как они влияют на физико-механические свойства почвы, поступающей на сепарирующие рабочие органы. К примеру, при большем количестве почвы из междурядий в составе вороха значительно повышается содержание твердых комков.

Исходя из изложенного выше, разработан выкапывающий рабочий орган (рис. 1), содержащий лемех 1, по обе стороны которого вертикально установлены зубчатые диски 2. В центре каждого зуба выполнены почвозацепы 3 в виде равносторонних треугольников, площадь которых не превышает 1/3 площади зуба. При этом одна сторона треугольника параллельна не рабочей поверхности зуба, а две другие насквозь прорезаны в теле диска 2 и отогнуты на угол 450-900 относительно его торца попеременно по обе стороны.

Выкапывающий рабочий орган картофелеуборочного комбайна работает следующим образом. При движении картофелеуборочного комбайна по полю в процессе работы выкапывающий рабочий орган внедряется в клубненосный пласт, при этом происходит подрезание пласта снизу лемехом 1. При поступательном движении картофелеуборочного комбайна осуществляется непосредственный контакт почвы с почвозацепами 3 и происходит проворачивание дисков 2 на осях. Площадь почвозацепов 3 достаточна для того, чтобы обеспечивать постоянный контакт почвозацепов 3 с почвой, что позволяет поддерживать постоянную угловую скорость вращения дисков 2 без их проскальзывания относительно почвы. Если проскальзывание все же имеет место, угол наклона почвозацепов 3 может быть увеличен до максимального значения. При вращении дисков 2 происходит перерезание растительных остатков и отрезание клубненосного пласта по бокам. При движении картофелеуборочной машины подрезанный пласт защемляется между дисками 2 и перемещается по лемеху 1, на сепарирующий элеватор.

Рисунок 1 - Зубчатый диск с почвозацепами (1 - лемех; 2 - зубчатый диск; 3 - почвозацеп)

Были проведены теоретические исследования по тяговому сопротивлению боковых дисков с различными параметрами, а именно режущей кромки, форме и расположению почвозацепов (рис. 2).

Во время работы на диск действуют силы сопротивления почвы смятию режущей кромкой и почвозацепами, а также силы трения почвы о его боковые поверхности, то есть тяговое сопротивление диска в почве определяется этими силами.

Рисунок 2 - Схема к определению тягового сопротивления диска с почвозацепами, зубья которого имеют режущую поверхность, выполненную по логарифмической кривой

Допустим, что действие сил трения относительно невелико. Так как почвозацепы расположены поочередно с обеих сторон диска, то его можно считать симметричным рабочим органом, то есть действие элементарных сил сопротивления почвы может быть сведено к одной равнодействующей R, приложенной примерно к середине рабочей кривой АВ и проходящей через ось его вращения. Без учета сил трения составляющая Rх этой силы представляет собой тяговое сопротивление диска. Выражение определения равнодействующей сил сопротивления почвы смятию R в зависимости от диаметра и ширины диска, глубины его хода и веса подкапывающей части берём из ранее проводившихся исследований.

Данное выражение имеет следующий вид:

. (1)

где: q1 - удельное воздействие диска на почвенный пласт, Н/м2; Н - глубина хода диска, м.

После проведённых преобразований с учётом почвозацепов выражение для определения тягового сопротивления без учёта сил трения приняло вид:

(2)

где: Sп - площадь почвозацепа, м2; bд - толщина диска, м; вi - угол между равнодействующей сил сопротивления почвы Rи ее составляющей Rx которая и представляет собой тяговое сопротивление диска.

В зависимости от формы почвозацепа его площадь равна:

прямоугольник:

; (3)

прямоугольная трапеция:

; (4)

треугольник:

, (5)

где: hз - высота почвозацепа; kn - ширина почвозацепа.

Удельное давление диска с почвозацепами на почву можно определить по формуле:

, (6)

где: Q'п.ч. - вес подкапывающей части машины с зубчатыми дисками, Н;

lкр - длина режущей кромки, м;

Sп - площадь почвозацепа, м.

С учетом выражения (6) получаем (2) в следующем виде:

(7)

Длина рабочей кромки зуба определяется высотой зуба, длиной его режущей поверхности, шириной почвозацепа, числом зубьев на отрезке лезвия, погруженного в почву, то есть:

, (8)

где: hз - высота зуба, м;

cз - длина криволинейной стороны зуба, м;

kп - ширина почвозацепа, м;

Z' - число зубьев, находящихся на отрезке лезвия, погруженного в почву, шт.

Необходимо определить число зубьев на отрезке лезвия, погруженного в почву. Для этого воспользуемся схемой, представленной на рисунке 3.

Длину дуги или режущей кромки lAB можно определить по формуле:

(9)

Длину дуги lDC, которая соответствует расположению одного зуба на дуге АВ, можно определить следующим способом:

, (10)

где: rд - радиус диска по вершинам зубьев, м;

г - центральный угол для одного зуба, рад.

При известном числе зубьев Z определим:

, (11)

Рисунок 3 - Схема для определения числа зубьев диска, погруженных в почву

Число зубьев, погруженных в почву, равно:

. (12)

Определим длину режущей кромки, погруженной в почву:

. (13)

Окончательно выражение для определения тягового сопротивления диска с логарифмической зубчатой режущей кромкой и почвозацепами без учета сил трения будет иметь вид:

(14)

Преобразовав знаменатель выражения (14), получаем:

(15)

Рисунок 4 - Зависимость тягового сопротивления от формы почвозацепа

После преобразования знаменателя выражение для определения тягового сопротивления диска с логарифмической зубчатой режущей кромкой и почвозацепами без учета сил трения будет иметь вид:

(16)

картофелеуборочный почвозацеп диск режущий

По результатам проведенных вычислений был произведен сравнительный анализ дисковых элементов подкапывающего рабочего органа следующих типов: диска с зубьями, выполненными по логарифмической кривой, диска с почвозацепами, имеющими форму прямоугольника, диска с почвозацепами, имеющими форму прямоугольной трапеции, и диска с почвозацепами, имеющими форму равностороннего треугольника.

Сравнение велось при одинаковых условиях и определенных параметрах, то есть все почвозацепы имели одинаковые высоту hn и ширину kn, а диски имели одинаковый радиус r и глубину хода H.

У копателя с модернизированной приемной частью наблюдается снижение проскальзывания диска относительно почвы. Это приводит к уменьшению тягового сопротивления, но в данном опыте более актуально то, что из-за меньшего проскальзывания почвенный пласт более эффективно отделяется от междурядий, что в большей мере предотвращает попадание в ворох плотной почвы из междурядий, чем у копателя со стандартной приемной частью.

Копатель с модернизированной приемной частью, оснащенной зубчатыми дисками с почвозацепами, показывает лучшие размерно-массовые характеристики почвенных комков вороха, а это значит, что в приемную часть комбайна попадает меньше твердой почвы образованной в комки, что подтверждает лучшую работу усовершенствованных дисковых боковин. Количество комков размером больше 20 мм снизилось в среднем на 11%, что облегчает функционирование сепарирующих рабочих органов, снижает повреждения картофеля, а также улучшает показатели чистоты клубней в таре при использовании дисков на картофелеуборочных агрегатах, оснащенных бункером для сбора клубней.

Предлагаемое изобретение предназначено для существенного снижения, как размеров, так и количества почвенных комков подаваемых на сепарирующие устройства картофелеуборочных машин в составе клубненосного вороха. В результате чего возрастает эффективность работы отдельных элементов и уборочной машины в целом и дает предпосылки к повышению эксплуатационной производительности последней.

Следует отметить, что физико-механические свойства почвы, в том числе и в междурядьях, во многом зависят от подготовки поля к машинной уборке. Эта операция оказывает влияние на результат уборки даже при использовании копателей, а для комбайновой уборки она является одной из важнейших. Таким образом, следующим этапом совершенствования технологий машинной уборки картофеля является повышение эффективности подготовки поля к комбайновой уборке за счет предварительного активного разрушения локальных структурообразований почвы (почвенных комков) специальными рабочими органами машин.

В целом же операции подготовки поля к комбайновой уборке, подкопа клубненосного пласта и дальнейшей сепарации примесей являются глубоко взаимосвязанными, что необходимо учитывать при дальнейшем совершенствовании технологий и средств машинного производства картофеля.

Размещено на Allbest.ru