Дослідження технологічної лінії уборки коренеплодів з розробкою механізму викопування

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Стан питання і задачі дослідження

1.1 Аналіз існуючих технологій прибирання коренеплодів

коренеплід робочий енергетичний збиральний

При ручному прибиранні моркви виконуються наступні операції: підкопування коренеплоду з бадиллям в ряді, витягання його з ґрунту і укладання в купи, очищення коренеплоду від ґрунту, обрізка бадилля, сортування на стандартні і нестандартні, затарювання і вантаження в транспортні засоби для відправки на зберігання або реалізацію.

При цьому застосовують ручний інструмент: лопати, копачі, ножі і т.д.

В господарствах, де площі під посів моркви малі (2-3 га), застосовують часткову механізацію. Для цього використовують ті, що випускаються промисловістю бурякопідйомники, підкопуючі скоби і інші знаряддя, заздалегідь обрізавши бадилля за допомогою роторних косарок (Рисунок 1.1).

Після того, що викопав коренеплодів їх збирають в транспортні засоби, доочищають, сортують і відправляють до місць зберігання

В нашій країні в даний час найпоширенішим є частково механізоване прибирання моркви і інших коренеплодів.

Технологія прибирання при цьому наступна: видаляють бадилля, витягують коренеплоди з ґрунту, збирають коренеплоди у відра з подальшим завантаженням її в контейнери, занурюють контейнери в транспортні засоби і перевозять до місць зберігання.

Після підкопування і збору коренеплодів втрати досягають 20-25%, тому за основним прибиранням перепахує грунт, повторно збираються коренеплоди.



Рис. 1.1. Основні типи роторних косарок:

а - ботводробитель; б - ботводробитель з шнековым укладальником і лопатевим очищувачем; в-косарка з вантаженням бадилля в причіпне візок; г і д - косарки з бункером бадилля;

1 - ротор; 2 - шнек; 3 - лопатевої очищувач; 4 - трубопровід;

5 - візок; 6 - подрібнення бадилля зі швирялкою; 7 - бункер;

8 - вивантажний транспорт; 9 - гідроциліндр для розвантаження бункера перекиданням.

Застосування машин і знарядь навіть на окремих операціях, значно полегшує працю робітників і підвищує їх продуктивність.

Проте найбільший економічний ефект можливий при комплексній механізації прибиральних робіт, для здійснення яких упроваджуються комплекси машин по прибиранню коренеплодів у тому числі і моркви.

В світовій практиці застосовують в основному дві технології механізованої технології прибирання моркви на базі комбайнів викопуючого і теребильного типу.

При цьому при прибиранні моркви машинами викопуючого типу, заздалегідь зрізається бадилля, а потім викопується коренеплід.

На Україні і в Прибалтиці, при посіві моркви з міжряддями 60 або 70 см, прибирання проводять за допомогою навісних картоплекопачів КТН-2Б, картоплезбиральними комбайнами ККУ-2 «Дружба» і ін.

До комбайна ККУ-2 «Дружба» поставляється пристосування для прибирання столових коренеплодів і лука. Моркву прибирають також картоплезбиральними комбайнами Е-675, Е-668/7, які випускаються в Німеччині.

Всі ці машини працюють за принципом викопування, тому бадилля моркви заздалегідь відрізується роторними косарками подрібненнями КИР - 1,5, КИР-1,5Б. При прибиранні машинами теребильного типу коренеплід витягується з ґрунту разом з бадиллям., потім обрізується на машині від бадилля і прямує в транспортний засіб.

Технології прибирання коренеплодів за допомогою цих машин були розроблені, але не знайшли широке розповсюдження в практиці, оскільки показники роботи машин були далекі від тих, що пред'являються до них вимогам

Вельми важливим показником технічного рівня коренезбиральних машин є пристосовність їх до найбільш раціональним з погляду агротехніки схем посіву.

В Польщі були проведені дослідження по впливу на врожайність схем посіву моркви. Доведено, що найефективнішою схемою посіву є смуга в 6-8 см з міжряддями 45 см, при густині стояння рослин не більше 150 шт./м². Це дає можливість виростити високий і якісний урожай коренеплодів моркви (діаметром 20-40 мм) і дає кращий захист від позеленіння головок коренеплодів. Така ширина міжрядь дає можливість широко застосовувати міжрядну обробку в ході догляду за посівами а головне застосовувати механізми при збиранні врожаю.

Вимоги до розстановки робочих органів на рамі коренезбиральної машини визначаються схемою машини. Проте дослідженнями встановлено, що врожайність коренеплодів не залежить від схеми посіву, у зв'язку з чим схему посіву вибирають залежно від способу прибирання, що склався, в даному господарстві, наявних засобів механізації, їх технічних і технологічних даних.

Найбільше розповсюдження отримала схема посіву 8х45 см, яка забезпечує щонайвищу густину рослин з якнайкращим розміщенням по площі і сприяє отриманню високої стандартності коренеплодів.

В практиці існують наступні схеми посіву 20+20+20+20+20+60 см; 40+40+60 см; 15+15+25+15+15+55 см; 68+8 см; 60 см; 45 див.

Багаторядковий посів проводять в господарствах, які прибирають моркву за допомогою підйомників, підкопуючих скоб, картоплекопачів, картоплезбиральних комбайнів.

Однорядковий для прибирання машинами теребильного типу.

В.І. Алексашиним для механізованого прибирання кращої визнана дворядкова 62х8 див. Широко використовуються схеми посіву моркви на 45 см і 40+40+60 см.

1.2 Вимоги, що пред'являються до робочих органів для викопування коренеплодів моркви

Робочі органи машин і механізмів, які в процесі прибирання і подальшої переробки входять в контакт з коренеплодом повинні не допускати травмування коренеплодів і виконувати операції максимально відповідні своєму призначенню.

Тіло коренеплоду моркви достатньо чутливо до ударних навантажень, тому питання пошкодження їх при тому, що викопав, перегородці, транспортуванню є дуже важливими.

Агрофізічеські властивості моркви у зв'язку з механізацією її прибирання вивчалися Л.С. Бакульовим, Е.Д. Галушко, В.І. Дзюбой, В.П. Костюліним, І.А. Майковськім, Л.А.Міхалченковим, А.Н.Тімофєєвим, В.Д. Федотовим і багатьма іншими ученими.

Учені Ленінградського відділення ВІМ провели дослідження з цих питань і встановили, що гранична висота, при якій не відбувається пошкодження коренів від однократного падіння на сталеву поверхню - 0,10 м, на дерево і шар моркви - 0,24 м, гуму - 0,25 м.

В даний час науково-дослідні і конструкторські розробки направлені на розробку і створення комплексу машин для механізованого прибирання коренеплодів моркви.

Збиральна машина повинна виконувати наступні операції: підкопувати коренеплоди на глибину залягання, витягувати їх з ґрунту, видаляти бадилля до 2 см у 70% коренеплодів, очищати ворох від ґрунтових і рослинних домішок, не ушкоджуючи більше 5% коренів.

Агрегатування машини з тракторами 1,4 т, продуктивність - 0,08…0,15 га/год.

Застосування збиральної машини повинне забезпечити підвищення продуктивності праці не менше ніж в 1,5 рази і зниження витрат експлуатації на 20% по порівнянні з прибиранням моркви подвесниками і виконання подальших операцій уручну.

Після перегородки моркви на сортувально-очисній лінії коренеплоди повинні відповідати вимогам ГОСТу, незалежно де вони використовуватимуться надалі.

Робочі органи машини для прибирання моркви повинні мати певну міцність, оскільки сили зв'язку коренеплоду з грунтом при не порушеній структурі визначені в 106…210 Н, а зусилля обриву бадилля від коренеплоду - 88… 110 Н.

З цього прикладу видно, що моркву слід прибирати тільки при порушеній структурі ґрунту, а глибина ходу перекопуючого лемеша (клина) повинна бути дещо нижче за глибину залягання коренів, щоб зменшити число травмованих коренів.

1.3 Огляд конструкцій машин для прибирання коренеплодів

Машини для прибирання коренеплодів підрозділяються на машини викопуючого і бралки типів. До теперішнього часу не припиняються спроби пристосувати для прибирання моркви машини для прибирання інших коренеплодів, оскільки рівень механізації прибирання цукрового буряка і кореневих коренеплодів, як в нашій країні, так і за рубежем значно вище ніж морква.

Проте основний напрям науково-дослідних і конструкторських колективів узятий на створення спеціальної машини для прибирання столових коренеплодів. При цьому поперемінно розробляючи машини як бралки, так і викопуючої типів

В нашій країні з 1952 по 1958 р.р. проводилися роботи над машинами для прибирання столових коренеплодів тільки типу бралки, В період з 1959 по 1966 р.р. роботи велися над теребильними машинами, так і викопуючого типу, З 1967 по 1973 р.р. - тільки над машинами викопуючого типу, З 1974 по 1987 р.р. дослідно-конструкторські роботи зосереджені, в основному, над теребильного машинами типу.

Все це говорить про те, що в нашій країні з великим розосередженням кліматичних і природних умов, не можна рекомендувати для виробництва тільки одного типу машини.

Адже навіть в таких маленьких країнах, як Данія, Нідерланди, Німеччина з відносно стабільними і одноманітними грунто-кліматичними умовами успішно застосовуються разом з машинами теребильного типу більш прості і дешеві високопродуктивні машини викопуючого типу.

Тому варіювання різними типами машин залежно від зони, навіть термінів і сорту моркви є необхідним для своєчасного і якісного механізованого прибирання коренеплодів.

Прибирання коренеплодів можна проводити машинами викопуючого типу двома способами: двофазним (роздільним) і однофазним

В Україні застосовується тільки двофазний спосіб прибирання моркви, при якому виконуються наступні операції: перша фаза обрізка бадилля на кореню, друга фаза - викопування коренеплодів з ґрунту з подальшим відділенням ґрунту і домішок.

Для першої фази прибирання, широко вживані ротаційні косарки КИР - 1,5, КИР-1,5Б, які забезпечують видалення бадилля відповідно до ГОСТу на товарну продукцію лише у 45…50% прибираних коренеплодів, при цьому до 16% їх ушкоджується.

Для виконання другої фази, викопали коренеплодів, застосовують модернізовані вітчизняні картоплезбиральні комбайни ККУ-2 «Дружба», а також комбайни виробництва ГДР, Е-665, E-668, бурякозбиральні комбайни КС-6, РКС-6 з вивантаженням продукції в транспортний засіб, що поряд йде.

Показники роботи цих машин були наступні: при прибиранні моркви комбайном ККУ-2 «Дружба» втрати коренеплодів складають 2…21,5%; пошкодження - 43,3…52,0%; домішки - 17,3…34,2%, а комбайном РКС-6 відповідно - 13… 15%; 22…27% і 22%. Все це не дає можливості широкого застосування цієї технології.

В 1965-67 р.р. була розроблена дворядна машина викопуючого типу УМП-2 (Рисунок 1.2) з видаленням бадилля на кореню вичавними вилками, з сепаруючим прутиковим елеватором і ручним видаленням грудок і рослинних залишків на спеціальному перебиральному столі. Якісні показники цієї збиральної машини були низькими, що послужило причиною припинення роботи на ній.



Рис. 1.2. Схема машини УМП-2 для прибирання моркви:

1 - гичкопідбирач; 2 - копач; 3, 4, 5 - сепаруючі елеватори;

6 - підйомний барабан; 7 - перебиральний транспортер;

8 - вивантажний транспортер.

Не задовольняє що пред'являється до неї агротехнічним вимогам pi робота по прибиранню моркви, створеної на базі лукозбиральної машини Л КГ - 1,4, морквяним копає МКГ - 1,4 з доробкою продукції на лінії ПСК-6.

У вороху містилося більше 50% ґрунтових домішок, нестандартних коренеплодів, рослинних включень, через що сортувальна машина не справлялася з доробкою.

В Німеччині ведуться роботи із створення комплексу машин викопуючого типу. В осінній період підвищується густина ґрунту, опірність її збільшується, зменшується опір бадилля відриву, що виключає можливість теребінння моркви. В цей час моркву можна прибирати тільки машинами викопуючого типу.

Бадилля прибирають створеною машиною КТЕ-1700 (Рисунок 1.3). Вона навішується на трактор типу MT3-S0, робочі органи якої аналогічні робочим органам роторної збиральної машини. Ширина захоплення цієї машини 1,7 м. Морква викопує картоплезбиральний комбайн Е-682, На легких ґрунтах Німеччини якість прибирання наступна: кількість домішок не перевищує 20%, якість обрізання бадилля 0-20 мм - 37.5%; 21-50 мм - 58%; более 50 мм - 3%; пошкодження коренеплодів - 1,5%, продуктивність - 0.4-0.7 га/год. Роздільний спосіб прибирання має недолік, який характеризується пошкодженнями коренеплодів при видаленні бадилля від 5 до 18%, 30-35% коренеплодів мають довжину живця листя більше 20 мм, все це знижує товарність продукції В світовій практиці розроблено багато зразків машин для прибирання коренеплодів моркви, але широкого застосування у виробництві вони не отримали. Вчені Л. Землянов і Г. Петров вважають за необхідне продовжити роботи із створення машини викопуючого типу з обрізанням бадилля на кореню.

Рисунок 1.3. Машина для прибирання бадилля КТЕ-1700

В Німеччині широко застосовується для прибирання моркви машина теребильного типу ЕМ-11 (Рисунок 1.4) В СРСР теж була створена машина для прибирання коренеплодів моркви марки ММТ-1 (Рисунок 1.5).

Обидві машини однорядні, напівнавісні, агрегатируються з тракторами тягового класу 1.4 і призначені для прибирання моркви, посіяної по однорядковій схемі з міжряддями 45 см. Лемешем порушується структурний шар ґрунту, а ремені бралок піднімають коренеплід з ґрунту, утримуючи його за бадилля. Коренеплід з бадиллям прямує до робочого органу, де бадилля відрізується, а коренеплід транспортером прямує в транспорт, що поряд рухається, а бадилля падає на грунт.

Якісні показники роботи комбайна ЕМ-11 следующие: повнота прибирання - 90…99%; наявність домішок у вороху - 10…20%; обрізання бадилля до 2 см у 85…95%; пошкодження - 1…27%. Продуктивність машини складає 0.09…0.1 га/год. змінні часи.

Розроблена радянськими ученими і конструкторами морковеуборочная машина типу бралки ММТ-1 має кращі агротехнічні показники в порівнянні з машиною ЕМ-11, але з огляду на те, що вони не задовольняють вимогам ГОСТу на прибирану продукцію, комбайн не був поставлений на виробництво. Такого ж типу машини з роторно-планчатыми механізмами випускаються у ФРН, США, Румунії, Бельгії, Данії, Франції, Італії і інших країн.

Залежно від кліматичних і ґрунтових умов господарства ці машини забезпечують повноту прибирання від 70 до 9.9%; повреждаемость коренеплодів складає від 3 до 20%; зміст ґрунтових і рослинних домішок від 2 до 28%.

Рисунок 1.4. Технологічна схема машини для прибирання столових коренеплодів ЕМ-11:

1 - ботвопод'ємник; 2 - підкопуючий леміш;

3 - регулятор глибини ходу лемеша; 4 - ремені бралок;

5 - ботвоудаляючий апарат; 6 - сепаруючий транспортер;

7 - вивантажний транспортер; 8 - візок.

При роботі на важких ґрунтах машини типу бралки стають непрацездатними, показники якості роботи різко погіршуються - вміст ґрунту у вороху досягає 50%, втрати коренеплодів в полі перевищує 25% і більш. Застосування такої машини доводиться зупиняти і переходити на інші механізми або ручну працю, це різко знижує продуктивність праці.

Дослідженнями і вдосконаленням технологічного процесу прибирання моркви машинами ЕМ-11-1, ММТ-1 займалися Ю.Л. Колгинській, А.В. Кондратьев, А.М. Назарова, Л.А. Міхалченков, В.Д. Федотов, Л.А. Попів, Т.М. Койвунен і ін. [63, 88, 89, 91].

Рисунок 1.5. Схема технологічного процесу машини ММТ-1 для прибирання моркви:

1 - стеблепід'ємник; 2 - апарат бралки;

3 - ботвоудаляючий апарат; 4 - вантажний апарат;

5 - подовжній транспортер; 6 - підкопуючий пристрій.

В Польщі застосовують картоплекопач для прибирання моркви, заздалегідь обрізавши бадилля на коренеплоді, хоча ґрунти відносяться до класу легенів, супіщаних. В Німеччині широко застосовують машини викопуючого типу (Пікколо SSK, «Кромаг DSV1», «Дакс», «голіаф», «Асаліфт»), самохідні картоплезбиральні комбайни з автономним двигуном.

Машини викопуючого типу застосовують в Нідерландах для прибирання моркви. Машина має ширину захоплення - 1,7 м. При прибиранні морква завантажується в ящики, які укріплюють на підйомнику, позаду трактора.

В Німеччині при прибиранні моркви широко застосовуються дворядні, картоплезбиральні комбайни (Веймар, Кракай), В Англії моркву прибирають дворядною овочезбиральною машиною АМАК-Д2, а також машинами типу бралки Ськотт Урмел і Вітсед Супер.

Аналіз роботи машин показує, що при прибиранні ушкоджуються 29% коренів, при вантаженні і транспортуванні - 10%, при вивантаженні в бункер - 2%, на елеваторі - 1%, на ворохоочиснику - 6%, при митті і калібруванні - 6%, упаковці - 4%.

В Англії створюється машина, яка може одночасно прибирати три ряди. Ставиться мета використовувати ці машини не тільки на прибиранні моркви, але і інших коренеплодів, що збільшує термін їх експлуатації і універсальність.

В країнах СНГ розроблялися самохідні машини для прибирання коренеплодів моркви, лука і інших. Ці машини двох або трирядки типу бралки. Ведуться розробки машин для обрізання бадилля і прибирання коренеплодів комбайнів викопуючого типу. Машини багаторядності вимагають більш вирівняного ґрунту, стабільної величини міжрядь.

Механізми бралок витягують коренеплід з ґрунту за рахунок захоплення бадилля коренеплоду, витягання коренеплоду з бадиллям з ґрунту і подальшого його транспортування і очищення з подальшим обрізанням бадилля.

Для порушення структури ґрунту в місці знаходження коренеплоду, спільно з механізмом бралки працює леміш (клин).

Робота механізму бралки на відомих машинах не дає бажаних результатів, оскільки деяка частина коренеплодів залишається в ґрунті, відбувається травмування коренеплоду, апарат бралки разом з бадиллям коренеплоду захоплює смітні рослини, після чого ворох стає тим, що важко сепарується. Застосування машин для прибирання моркви з механізмами бралок можливо тільки на добре вирівняних ґрунтах, чистих від сторонніх домішок, смітних рослин. Головною умовою є легкість ґрунтів і вільне відділення коренеплоду від грунту.

Рисунок 1.6. Схема дворядної машини Е-825 (Німеччина)

Рисунок 1.7. Класифікація теребильних механізмів

Тому, теребильні механізми, при розробці нових коренезбиральних машин не набувають широкого поширення. В природно-кліматичних умовах лісостепової України на ґрунтах середнього і важкого механічного складу в умовах виробництва в основному застосовуються для прибирання коренеплодів машини викопуючого типу. Їх у свою чергу можна розділити на підрізаючі і вичавні.

Вичавні копачі (Рисунок 1.8) діляться на: лемешкові, вильчасті і дискові. Роботу вичавних копачів характеризує великі енергетичні витрати на їх активний привід. Копачі зустрічають певний опір ґрунту і випробовують великі деформаційні навантаження.

Вичавні копачі діють на грунт як клин, через що ущільнюють грунт, частково спресовують її разом з коренеплодом. Засміченість вороха менше ніж при роботі теребильних механізмів, але великий відсоток ґрунтових домішок, що потрапляють на транспортер, утрудняють його сепарацію і очищення коренеплодів.

Рис. 1.8. Класифікація вичавних копачів

Копачі травмують коренеплоди, що приводить до великої кількості не товарної продукції, погіршують якість прибирання. За вологих умов копачі забиваються рослинними залишками, що різко позначається на продуктивності і якості прибиральних робіт.

На сухих ґрунтах різко збільшуються енергетичні витрати.

Вичавні копачі можуть ефективно працювати на легких сухих ґрунтах з достатньо добре вирівняним рельєфом.

Підрізаючі робочі органи машин для прибирання коренеплодів (Рисунок 1.9 а, би) є більш універсальними, мають більший діапазон регулювання залежно від виду ґрунту, засміченості, вогкості ґрунту.

Викопуючі робочі органи знаходять широке застосування при розробці нових коренезбиральних машин, а також широко застосовуються при прибиранні коренеплодів при частковій механізації цього процесу.

а)

б)

Рисунок 1.9. Класифікація викопуючих підрізаючи робочих органів

Застосовуються в основному цукропідйомники, які регулювалися по величині заглиблення і ширині міжрядь.

Для прибирання столових коренеплодів широко застосовувався переобладнаний бурякокомбайн СЬКЕМ-3, хоча на польових випробуваннях було встановлено, що пошкодження коренеплодів складали: кормового буряка - 16…18%; столового буряка - 20…40%; морква - 58%.

Що застосовувався при цьому цукропідйомник типу СНС-2М (Рисунок 1.10), ушкоджував основну частину коренеплодів.

Рисунок 1.10. Свеклопод'мник СНС-2М:

1 - брус; 2 - стійка підвіски; 3 - дисковий ніж;

4 - леміш; 5 - опорне колесо.

Свеклопод'емник типу СНШ-3 (Рисунок 1.11), СНУ-ЗР (Рисунок 1.12) застосовуються на невеликих площах посіву моркви. Вони агрегатуються з тракторами Т-25, МТЗ, ЮМЗ. Викопані коренеплоди збирають і очищають уручну.



Рисунок 1.11. Схема цукропідйомника СНШ-3. що навісив на самохідне шасі:

а - з підкопуючими лапами; б - з широкозахватною скобою;

1 - підвіска; 2 - верхня ланка; 3 - кронштейн; 4 - рама;

5 - кронштейн кріплення лап; 6 - підкопуючі лапи;

7 - регульована планка; 8 - важіль підйому;

9 - підкопуюча скоба; 10 - опорні колеса.

Пристосування до картоплезбирального комбайна ККУ-2 «Дружба», викопуючий робочий орган працює таким чином.

Рисунок 1.12. Свеклопод'мник навісний СНУ-3Р:

1 - брус; 2 - стійка підвіски; 3 - кронштейн; 4 - опорне колесо;

5 - правопідкапуюча лапа; 6 - лівопідкапуюча лапа

При прибиранні моркви комбайном на однорядковому посіві з міжряддями 45 см на основний леміш гуркоту закріплюють три малі змінні лемеші у вигляді вилок (тригранного перетину), сполучених пластиною. Змінні лемеші відрізняються завдовжки вилок. До проходу комбайна бадилля моркви забирається косаркою подрібненням КИР-1.5.

Рисунок 1.13. Свеклопод'емник СНУ-3С:

1 - кронштейн; 2 - брус; 3 - підвіска; 4 - грузнув; 5 - скоба.

В процесі прибирання змінні лемеші, закріплені на основному лемеші гуркоту, піднімають моркву. Коренеплоди поступають на решета гуркоту, де просіваються частинки ґрунту (решета гуркоту із зазорами між прутками 26 і 28 мм замінені на решето із зазорами 21 і 24 мм).

Маса коренеплодів проходить між пневматичними балонами і подається на другий гуркіт. Тут коренеплоди додатково очищаються від ґрунту і потрапляють в підйомний барабан. Барабаном коренеплоди підіймаються на перебірний транспортер, де робітники вибирають грудки ґрунту, каміння і інші домішки. Коренеплоди вантажним транспортером подаються в транспортер-бункер. З бункера морква вивантажується в транспортні засоби.

Дослідження, проведені в польових умовах, показують, що при прибиранні комбайном ККУ-2 «Дружба» втрати коренеплодів складають 2…21,5%; пошкодження - 43,3…52,0%; домішки - 7,3…34,2%, крім того викопуючі робочі органи, змінні лемеші, закріплені на основному лемеші, часто забиваються і на них доводиться більше 30% енерговитрат роботи комбайна.

Дискові підрізаючі робочі органи складніші і металоємні, ніж лемешкові, але вони піднімають в 2-3 рази менше землі і більш інтенсивно деформують ґрунтовий пласт. По типу приводу розрізняють активних дискових копачів, тобто мають примусове обертання і пасивні, що обертаються за рахунок реактивних сил підпору ґрунтового пласта. Дискові копачі можуть бути виконаний з периферійним лезом, без суцільного леза - дельтообразним і пальчатим (Рисунок 1.9 би).

Існуючі дискові викопуючі органи, є спарені тригранні клини і робота їх описана в.

2. Теоретичне обґрунтовування параметрів викопуючих робочих органів

2.1 Опис пристрою і процесу роботи робочого органу для викопування коренеплодів

Основними недоліками викопуючих робочих органів є те, що на сепаратор подається разом з коренеплодами велика маса ґрунту. Це утрудняє відділення коренеплодів від ґрунту, вимагає збільшення шляху проходження вороха по сепаратору, вимагає додаткових пристроїв по доочистці коренеплодів і як наслідок збільшує втрати коренів, їх травмування, загалом збільшує енергоємність машини. Більш детально про це сказано в розділі 1.

Нами запропоновано пристрій для викопування коренеплодів. Переваги даного механізму в тому, що на сепаратор подається мінімальна кількість ґрунту разом з коренеплодами через обмежуючі, активні, викопуючі диски, що дає можливість поліпшити процес сепарації і зменшити енерговитрати.

Коренезбиральна машина містить раму 1 зі встановленими на ній валами 2 з плоскими дисками 3, лемешем 4, прутковим елеватором 5 зі взтряхівателями 6, комкодавителем 7, поперечним елеватором лозини 8 і вивантажним транспортером 9. При підкопуванні пласт боковинами дисків, що обертаються, руйнується, при цьому частина ґрунту просипається в зазор між лемешем і дисками. Збільшення зазору між дисками сприяє кращому його спушенню (Рисунок 2.1).

Коренезбиральна машина працює таким чином.

При русі машини попереду встановлені плоскі диски 3 разом з лемешем 4 вирізують пласт ґрунту разом з коренеплодами вширшки, рівної відстані між дисками, і товщиною, рівній глибині ходу лемеша, і передають його за допомогою встановлених ззаду пар дисків на транспортер лозини. При цьому бічні поверхні встановлених попереду пар дисків перекривають бічні поверхні пар дисків, встановлених ззаду, напрям обертання яких співпадає з напрямом руху пласта по лемешу. Торцеві поверхні ззаду встановлених дисків не чинять опору переміщенню пласта ґрунту по лемешу. Зазор між торцями дисків і валом суміжних дисків (конструктивний зазор) виключає тертя дисків об вал.

При переміщенні пласта боковини дисків, що обертаються, руйнують його, при цьому частина ґрунту прокидається в зазорі між лемешем і дисками. Збільшення зазору між дисками по ходу пласта по лемешу сприяє його розпушуванню. Корені разом з ґрунтом, що залишився, подаються на елеватор лозини 5, де за допомогою взтрхівателя 6 і еластичного комкодавителя 7 відбувається повне руйнування грудок ґрунту, що залишилися, і відділення їх від коренів. З елеватора 5 корені подаються на поперечний елеватор лозини 8, потім за допомогою вивантажного транспортера подаються в транспортні засоби.

В задачу теоретичних досліджень входило обґрунтовування параметрів і режимів роботи дисків, профілю лемеша забезпечуючих виконання процесу викопування коренеплодів з ґрунту з якнайменшими енергетичними витратами.

Рисунок 2.1. Схема коренезбиральної машини

2.2 Енергетичні показники роботи пристрою для підйому ґрунту збиральних машин

Однієї з важливих задач технологічних процесів прибирання коренекдубнеплодів, обробки ґрунту, є підйом ґрунту. При цьому процес підрізування і підйому ґрунту найенергоємніший і складний. В даний час існують різні робочі органи для підйому ґрунту: лемішні, роторні, комбіновані. Вдосконалення таких робочих органів направлено на зниження енергоємності і поліпшення якості їх роботи. Зменшити кількість енергії на підйом коренеклубнеплодів можна понизивши кількість ґрунту, витягуваного при цьому, що дозволить також понизити кількість енергії на відділення ґрунту від коренеплодів.

Запропонований пристрій для підйому ґрунту (Рисунок 2.2) складається з лемеша 1 і встановлених над ним двох пар паралельних дисків 2 і 3. Розташовані над лемешем диски утворюють своєрідний транспортер з активними боковинами, дозволяючий піднімати на значну висоту вузьку смужку ґрунту з коренеклубнеплодами. При такому транспортуванні коренеклубнеплодів зводиться до мінімуму пряма дія на них робочих органів (дисків і лемеша), і як наслідок травмування коренеклубнеплодів.

Технологічний процес роботи пропонованого пристрою визначається розташуванням в просторі плоских направляючих дисків. Такі дослідження були проведені І.Н. Дорожко, при обґрунтовуванні параметрів робочих органів комбінованої грунтооброблюючої машини.



Рисунок 2.2. Схема пристрою для підйому ґрунту і сил діючих на диски

Результати дослідження по величині сгруживання ґрунту на лемеші залежно від просторової орієнтації дисків приведені в таблиці 2.1, а витрати енергії на їх сгруживання - на малюнку 2.3. Отримані дані показують, що відповідність лемеша і дисків при установці дисків під кутом ±4^о один до одного у вертикальній площині з розвалом дисків ±4^о з подальшим збільшенням сгруживанню ґрунту на лемеші приблизно в 1,5 рази, а витрати енергії в 1,8 рази.

Такий же кут нахилу дисків в горизонтальній площині (сходиться дисків) сприяє збільшенню сгруживання ґрунту на лемеші до 100% і витрат енергії на їх роботу до 7 разів.

Отже, на підставі приведених результатів досліджень, можна зробити висновок про доцільність установки плоских направляючих дисків паралельно напряму руху.

Для визначення енергетичних показників роботи пропонованого пристрою залежно від параметрів його робочих органів розглянемо схему сил, діючих на диски (Рисунок 2.2).

Запишемо суму проекцій цих сил на вісь Х і суму їх моментів щодо крапки О₁ і О₂ при сталому русі дисків:

 (2.1)

де Р_дв - рушійна сила, прикладена до дисків;

m₁, m₂ - відповідно моменти на привід передніх і задніх дисків.

Таблиця 2.1. Величина сгруживання ґрунту на лемеші залежно від просторової орієнтації направляючих дисків, м

Кут	Розвал	Сходиться
+4	0,170	0,130
+2	0,139	0,125
0	0,120	0,120
-2	0,155	0,180
-4	0,185	0,230

Результуючі нормальні сили ґрунту N₁ і N₂, сили тертя ґрунту про фаску лез: і, а також кути між напрямом дії рівнодіючих нормальних сил ґрунту і віссю Х; d_c1 і d_c2, полярні відстані l_n1 і l_n2, синуси полярних кутів б_n1 і б_n2 можна знайти по рівняннях.



Рисунок 2.3. Залежність опору руху робочих органів в ґрунті від просторової орієнтації направляючих дисків

1 - від кута сходиться;

2 - від кута розвалу.

При рішенні задачі вважаємо, що сили тертя дисків об грунт пропорційні площі тертя. Тоді значення проекцій сил зовнішніх поверхонь передніх і задніх дисків F_H1, F_H2 і внутрішніх поверхонь цих дисків F_b1, F_b2 об грунт на вісь X з урахуванням зон перекриття дисків можна визначити по рівнянню:

(2.2)

де q - питомий тиск ґрунту на бічні поверхні дисків;

f - коефіцієнт тертя ґрунту об диски;

R_i - відстань від центру обертання дисків до i-ого елементарного майданчика;

R - радіус дисків;

б_i - кут між системою координат і радіусом-вектором R_i;

л - кінематичний параметр обертання дисків.

Межі інтеграції знайдемо по наступній залежності:

- для :

- для :

- для :

- для :

де R₁, R₂ - відповідно радіус передніх і задніх дисків;

H₁ - величина заглиблення в грунт передніх дисків;

а - міжцентрова відстань передніх і задніх дисків;

- кут установки лемеша.

Проінтегрував рівняння (2.2) по R_і, отримаємо:

 (2.3)

Тоді моменти цих сил тертя об зовнішні поверхні відповідно передніх і задніх дисків m_H1, m_H2 і внутрішні поверхні цих дисків m_b1, m_b2 дорівнюють:

(2.4)

Межі інтеграції при цьому рівні:

- для m_H1:

- для m_H2:

- для m_b1:

- для m_b2:

Проінтегрував рівняння (2.3), (2.4) чисельним методом за допомогою ЕОМ по, вирішивши систему рівнянь (2.1) знайдемо залежність рушійної сили, моментів і потужності, що крутять, на привід пристрою від радіусів і їх кінематичних параметрів (Рисунок 2.4).



Рисунок 2.4. Залежність енергетичних показників роботи пристрої від кінематичних параметрів л і радіусів R₁ і R₂.

З графіка видно, що як оптимальне значення кінематичного параметра двох передніх дисків, виходячи з мінімальних енерговитрат можна прийняти . Збільшення кінематичного параметра приводить до підвищення споживаної потужності за рахунок зростання моменту, що крутить, на привід передньої пари дисків, а зменшення - до зростання споживаної потужності за рахунок підвищення тягового опору пристрою. З метою забезпечення технологічної надійності роботи пристрою кінематичний параметр задньої пари дисків повинен трохи перевищувати кінематичний параметр передньої пари дисків.

Збільшення радіусу передніх дисків з 0,25 м до 0,35 м приводить до підвищення споживаної потужності приводом передньої пари дисків на 31%, моменту, що крутить, - на 59% і споживаної потужності пристрою в цілому на 16%. Тому радіус передніх дисків доцільно вибирати по можливості мінімальним, виходячи з максимальної глибини їх ходу в ґрунті.

Збільшення радіусу задніх дисків до 0,30 м сприяє зростанню моменту, що крутить, в їх приводі. Подальше збільшення їх радіусу не робить впливу на енергоємність процесу їх роботи. Тому радіус дисків задньої пари вибирається, виходячи з конструктивних міркувань з урахуванням параметрів передньої пари дисків.

2.3 Обґрунтовування геометричної форми робочої поверхні лемеша коренезбиральної машини

В коренезбиральної машині основною вимогою до пристрою для підрізування шару ґрунту з коренеплодами і подачі його до сепаруючих робочих органів є здійснення вищезгаданого процесу з якнайменшими витратами енергії і пошкодженнями коренеплодів. Опір руху в ґрунті пристрою великою мірою визначається геометричною формою лемеша. У зв'язку з чим форму останнього необхідно підібрати так, щоб підйом горизонтального шару ґрунту з коренеплодами на необхідну висоту відбувався з якнайменшими витратами енергії на подолання сил тертя його об поверхню лемеша. При такій формі лемеша знижується величина огруживання ґрунту на ньому, а, отже, зменшується і механічна дія на коренеплоди.

Такого роду задачі в землеробській механіці із застосуванням методів варіаційного числення розв'язувалися неодноразово (Коротковим Н.М., Василенком П.М. і ін.). Відмітною особливістю даної постановки задачі є облік сил тертя між шаром ґрунту переміщається по лемешу і бічними поверхнями спарених активних дисків.

Розглянемо схему пристрою для підрізування і підйому пласта ґрунту (Рисунок 2.5). Початок координат рухомої системи ХОZ, що переміщається з пристроєм з рівномірною швидкістю, розмістимо на шкарпетці лемеша. В шарі ґрунту, що переміщається по лемешу, виділимо елементарний об'єм завтовшки dl, шириною рівної відстані між дисками b і висотою а, визначаючої товщину шару ґрунту на лемеші. Тоді на елементарну ділянку лемеша впливатиме елементарна нормальна сила dN і сила тертя ґрунту об леміш dF_р. Величина нормальної сили dN зменшується за рахунок сил тертя бічних поверхонь дисків об грунт.

При рішенні задачі в першому наближенні можна допустити, що нормальний тиск елементарного об'єму ґрунту на леміш і проекція сил тертя його об бічну поверхню дисків на напрям нормального тиску пропорційна площі їх контакту, тоді

(2.6)

де а - глибина;

, - питомий тиск ґрунту відповідно на леміш і бічні поверхні дисків;

- відстань від лемеша до ріжучої кромки дисків.

Рисунок 2.5. Схема викопуючих органів і обґрунтовування профілю лемеша

Сила тертя елементарного об'єму ґрунту об леміш визначається по рівнянню:

(2.7)

де - коефіцієнт тертя ґрунту об леміш.

Тоді з урахуванням виразів (2.6) і (2.7) рівняння (2.5) має вигляд

(2.8)

При описі профільної лінії робочої поверхні лемеша рівнянням

(2.9)

отримаємо

З урахуванням виразів (2.7) рівняння (2.8) запишеться

(2.10)

Позначивши найкоротші відстані від лемеша до ріжучої кромки першої і другої пари дисків через d₁ і d₂ відповідно і, проінтегрувавши рівняння (2.10), отримаємо значення опору руху в ґрунті лемеша.

 (2.11)

Найкоротша відстань від лемеша до ріжучої кромки дисків є величиною змінної і залежить від Х_р.

(2.12)

де - координата ріжучої кромки дисків в прийнятій системі.

Для знаходження розв'язується система рівнянь, що складається з рівняння кола диска і рівняння нормалі до лемеша в прийнятій системі координат. Після написання таких рівнянь, їх рішень, підстановки значень у вираз (2.12) і відповідних перетворень, визначаємо шукану відстань для першої і друга пара дисків.

(2.13)

(2.14)

де, - координати точок лінії, що описує профіль лемеша;

l₁ - відстань від вертикальної осі першої пари дисків до шкарпетки лемеша;

l₂ - відстань від вертикальної осі другої пари дисків до шкарпетки лемеша;

h₁ - відстань між горизонтальними осями першої і другої пари дисків і віссю ОХ.

Приймаючи силу тертя дисків об грунт пропорційної площі тертя, після проведення необхідних перетворень і інтеграції рівняння (2.6), отримаємо проекцію на вісь ОХ опори руху в ґрунті викопуючого пристрою:

(2.15)

Надалі задача зводиться до визначення виду рівняння, при підстановці якого у вираз (2.15) отримаємо мінімальне значення R_x. Для цього використовуємо метод варіаційного числення Рітца.

Оптимальне рішення шукатимемо у вигляді системи безперервних функцій, що задовольняють граничним умовам із застосуванням для опису з кубічних В-сплайнів

(2.16)

де - коефіцієнти, що визначають геометричну форму лемеша;

- кубічні;

В-сплайни.

На малюнку 2.6 представлений графічний опис кривої за допомогою кубічних В-сплайнів. Для цього відстань від початку координат до координати граничної точки лемеша x_k нами розбита на 12 рівних ділянок.

При і

В = 0.

При і

При

Тоді в нашому випадку матимемо

B_i = 0. (2.17)

При і

(2.18)

При і

(2.19)

При

де i = 1,12.

Диференціюючи рівняння (2.15) по коефіцієнтах C_i і прирівнюючи їх до нуля, отримаємо наступну систему диференціальних рівнянь, рішення якої дає нам оптимальне значення коефіцієнтів C_i.

(2.20)

Диференціюючи рівняння (2.16) по Х_р отримаємо:

де =0, при і

При і

При

Тоді

Після рішення системи інтегральних рівнянь (2.20) знаходимо оптимальні значення коефіцієнтів С_і.

Розв'язувалася система на персональному комп'ютері. Розрахунки проводилися при z_H(0)= 0; z_k(0,45)= 0,28; q₁ = 10⁴ н/м²; q₂ = 0,5·10⁴ н/м²; f = 0,5;

l₁ = 0,02; l₂ = 0,24; h₁ = 0,22 м; d = 0,12 м.

Після визначення коефіцієнтів С_і і обчислення кубічних В-сплайнів побудовано рівняння лінії, що описує профіль лемеша мінімальної енергоємності.

Размещено на Allbest.ru