авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

«из ФОНДОВ РОССИЙСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ БИБЛИОТЕКИ Максимов, Павел Леонидович 1. Универсальные текнические средства для уБорки корнеклдБнеплодов 1.1. ...»

-- [ Страница 2 ] --

-относительно малую скорость перемещения обрабатываемого продукта в осевом направлении при работе барабана и полное прекращение движения продукта вдоль оси вращения при отсутствии относительного перемещения его по внутренней поверхности барабана;

-забивание поверхности барабана растительными и корневыми остатка­ ми;

.

-недопустимое повреждение корнеплодов при работе барабана в быстро­ ходном режиме, В результате продолжительных поисков и исследойаний Л.М. Макси­ мовым найдена принципиально новая конструктивная схема роторно винтового сепаратора с подвижной эластичной поверхностью [18,71,78,79], в которой устранены вышеуказанные недостатки.

Устройство показанное на рис. 1.26 состоит из барабана, дифференци­ ального и передаточного механизмов, несущего элемента, гибкой бесконеч­ ной нити.

Рис. 1.26. Роторно-винтовой сепаратор с подвижной эластичной поверхностью:

1-цевочное колесо;

2-стяжной прут;

3-винт;

4-звездочка;

5-двойное це­ вочное колесо;

6-звездочка;

7-приводной вал;

6-ведущая звездочка;

9-гибкая бесконечная нить.

Взаимодействие звеньев роторно-винтового механизма следующее.

При вращении приводного вала 7 звездочки 8 приводят в движение цевоч­ ные колеса 1, в тоже время звездочка 6 приводит в движение дифференци­ альное колесо 5.Так.как они расположены на взаимосвязанных валах и раз­ личаются величиной окружной скорости, то цевочные колеса 1 по мере по­ ворота опережают дифференциальное колесо 5. Причем сдвиг колес проис­ ходит равномерно. К моменту полного оборота барабана дифференциальное колесо 5 отстает в своем движении от цевочного колеса 1 на длину дели­ тельной окружности звездочек 4, что вызывает поворот последних на один полный оборот. При таком согласованном движении барабана и направ­ ляющих валиков 3 витки гибкой нити 9, расположенные во впадинах винтов, смещаются на один шаг последних, сходящая с конца барабана ветви каната по направляющим блокам подаются непрерывно на передний конец его и равномерно укладываются во впадины винтовых валиков. Таким образом, получается непрерывно движущаяся вдоль образующих поверхность, кото­ рая в сечении перпендикулярном к оси вращения представляет собой вось­ мигранный многоугольник.

При исследовании закономерности движения материала по внутрен­ ней поверхности быстроходного сепарирующего барабана, выявлено, что вследствие действия центробежных сил мелкие примеси отделяются от во­ роха на коротком пути, уже в начале барабана. В таком случае не следует направлять движущийся поток вороха на внутреннюю поверхность бараба­ на. Тем более что осуществить подачу материала в барабан и съем его с конца барабана не так просто.

При движении материала по наружной поверхности барабана дейст­ вуют те же основные силы, что и на внутренней поверхности вращающегося барабана. Важно каким-то образом задержать на короткое время на наруж­ ной поверхности движущийся поток вороха. Ясно, что движение вороха по наружной поверхности цилиндрического барабана снизу вверх невозможно без другой ограничительной сопутствующей подвижной поверхности. Для сепаратора эта поверхность должна быть решетчатой [71].

Таким образом, можно сделать вывод о необходимости сочетания ба­ рабана с прутковым элеватором. Достоверность такой идеи подтверждена в работах А.А. Сорокина [123,125,127].

Наибольшее распространение на отделении корнеклубнеплодов от мелких растительных и почвенных примесей получили винтовые (шнеко вые) очистители и горки со штифтовой поверхностью (пальчатые).

Достоинством пальчатой горки является также практически полное отсутствие повреждений корнеклубнеплодов. В отечественных корнеклуб неуборочных машинах наибольшее распространение получили горки, по­ лотно которых имеет следующие параметры [138]:

- шаг пальцев - 25x25 мм при расположении их по квадрату;

- длина пальцев -'40 мм;

- форма коническая при диаметре у основания 18 мм, у вершины - 10 мм.

Известны конструкции горок с продольным и поперечным углом на­ клона.

В машинах для уборки корнеплодов предпочтительны для примене­ ния более простые и надежные в работе продольные горки с положитель­ ным.и отрицательным углом-наклона. Пальчатые горки представляют собой ленточные наклонные транспортеры с резиновыми пальцами. Разде­ ляющее действие этого рабочего органа основано на одновременном ис­ пользовании ряда свойств разделяемых компонентов: коэффициента трения качения, размеров, абсолютной массы. Клубни скатываются с наклонной плоскости, образованной основаниями пальцев, а примеси должны удержи­ ваться пальцами и выноситься вверх (на продольной горке) или вбок на (по­ перечной).

Исследования, проведенные Г.Д. Петровым [108], позволили сделать следующие выводы:

- горки не обеспечивают полного отделения клубней от примесей, они могут быть использованы не как самостоятельный рабочий орган, вынося­ щий отделенные примеси из машины, а только лишь как вспомогательный, обеспечивающий предварительное разделение компонентов для облегчения последующей их переборки;

- горки успешно справляются с отделением ботвы и растительных при­ месей, но волокнистою примеси значительно снижают коэффициенты разде­ ления других компонентов.

Для более качественного отделения корнеплодов от примесей необхо­ димо совместное использование пальчатой горки с другими сепарирующими устройствами.

Сравнение работы пальчатой и гладкой горок показало, что последняя не обеспечивает отделение сорняков и кусков ботвы - они попадают в бун­ кер. При работе с гладкой горкой наблюдалось следующее явление: мелкая почва, находящаяся на поверхности гладкого полотна, способствует сполза­ нию сорняков остат1^ов ботвы вниз, то есть эта почва, вибрируя на полотне горки, является своего рода «смазкой», по которой растительные остатки сползают вниз и попадают в бункер с клубнями. При пальчатой горке мел­ кая почва располагается между штырями (пальчиками) внизу их основания, а растительность - на пальчатой поверхности, благодаря тому существенно улучшается их отделение.

Исходя из приведенного выше анализа сепарирующих рабочих орга­ нов, можно отметить, что остается актуальным вопрос разработки универ­ сального, компактного сепарирующего рабочего органа, отвечающего аг ротребованиям на уборку моркови и картофеля, способного обеспечивать хорошее отделение примесей на тяжелых переувлажненных почвах.

1.5 Цель и задачи исследований ДДелью исследований является разработка и внедрение универсальных технических средств для уборки корнеклубнеплодов. Проведенный анализ состояния проблемы и тенденций развития средств механизации уборки корнеклубнеплодов ' для достижения поставленной- цели позволил сформулировать следующие задачи:

1. Разработка математических моделей технологических процессов, описывающих: удаление ботвы моркови на корню и выкапывание клубней выжимными копачами;

сепарацию почвы устройствами центробежно выжимного типа в мащинах для уборки картофеля и моркови;

отделение ботвы картофеля внутри мащины ременным ботвоудаляющим устройством.

2. Определение рациональных типов новых рабочих органов для уборки корнеклубнеплодов, в том числе параметров и режимов работы ботвоудаляющих устройств, роторно - пальчатого выкапывающего и центробежно-выжимных сепарирующих рабочих органов.

3. Создание, изготовление и лабораторно-полевые испытания новых рабочих органов с целью определения их оптимальных параметров и режимов работы.

4. Разработка, на основе новых рабочих органов, изготовление, широкие полевые испытания и.внедрение универсальных технических средств для уборки корнеклубнеплодов.

5. Расчет экономической эффективности разработанных машин.

Глава 2. АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕХНИЧЕСКИЕ^:

СРЕДСТВ ДЛЯ УБОРКИ КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ 2.1 Некоторые физико-механические свойства корнеклубнеплодов и ботвы, требования, предъявляемые к уборочным машинам В данном разделе изложены основные физико-механические свойства к о р ­ неклубнеплодов, имеющие прикладное значение при создании технических средств для их уборки.

Изучением физико-механических свойств корнеплодов моркови и к л у б н е й картофеля занимались Л.С. Бакулев, В.А. Хвостов, А.И. Пьянков, И.М. П о л у н о чев, Н.И. Жидкова, Н.Ф. Ермаков, Л.А. Михалченков, А.Н. Тимофеев и др.

В нашей стране районировано около 20 сортов моркови. В Удмуртской р е с ­ публике наиболее распространенными сортами являются: Нантская 4, Ш а н т а н е 2461, Лосиноостровская 13, Московская поздняя, [52] при средней урожайности 30..5О т/га [56], в некоторых специализированных хозяйствах урожайность д о с ­ тигает 60 т/га. Размерные характеристики корнеплодов моркови зависят не т о л ь ­ ко от сортовых особенностей, но и в значительной мере от п о ч в е н н о климатических условий. Информацию о параметрах, определяющих р а з м е р н у ю характеристику растений и пространственное размещение их относительно р я д к а, дает статистическая модель Л.С. Бакулева (рис.2.1) [22]. Оптимальная п л о щ а д ь питания для гряд- 0,90... 1,10 м, что соответствует около 1000 тыс. растений н а га;

для гребней - 1,70...2,20 м (450...600 тыс. растений на 1 га;

при этом н а и ­ большее содержание стандартных по размеру корнеплодов соответствует 600 т ы с.

растений на 1 га). Расположение головок корнеплодов относительно поверхности:

93... 100% в зоне ±0,03 м, средняя ширина рядка -0,10...0,12м.

Диаметр розетки Dm«=700 мм Г :!

Ьбтш=250ММ / \ 'fr^ Ширина рдгрса Ь=80...100мм Рис,2.1. Статистическая модель растения моркови (по Бакулеву Л.С.) Средние значения размерных показателей наиболее распространенных сор­ тов моркови в Удмуртской Республике приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1.

Размерно-массовые характеристики корнеплодов моркови и ботвы Форма Показатели Сорт корнеплода Длина,см Диаметр.см Масса,г Шантане: корни Усеченно- 3,3 коническая Ботва 30 1, Московская поздняя:

корни усеченно- 15 5,5 ботва коническая 53 1, ' Лосиноостровская: •• корни усеченно- 3,8 коническая ботва 1, Нантская:

цилиндрическая 16 2, корни ботва 28 1, При двухстрочном (0,62+0,08м) посеве общая ширина ленты моркови мо­ жет быть 0,16 м и более;

глубина залегания корней моркови составляет 0,10...0, м.

Сортовые особенности оказывают суш,ественное влияние на физико механические свойства растений. Установлено, что укороченные, утолщенные корнеплоды с плотной структурой отличаются повышенной механической проч­ ностью. При удалении ботвы и уборке машинами корнеплоды должны обладать устойчивостью к механическим повреждениям. Качество работы ботвоудаляю щих устройств зависит от размерной характеристики, прочности ботвы, значения которых изменяются в зависимости от сорта моркови и направления приложения силы. При увеличении угла отрыва от О до 45° разрывное усилие изменяется в 1,3... 1,6 раза (таблица 2.2).

Таблица 2. Усилие на отрыв пучка ботвы моркови;

Усилие, направленное вдоль пучка, Н Среднее усилие под углом 46° к Диаметр Сорт максимальное минималь­ оси пучка среднее пучка, м ное 0,016 500 Шантенэ 200 Нантская- 0,011. 70 140 23 0, Московская 90 120 28 поздняя При удалении ботвы ботвоуборочными машинами имеют место ударные на­ грузки. Удар вызывает различные виды повреждений, которые можно подразде­ лить на следующие группы:

- срез или отламывание головок корнеплодов;

- повреждение кожицы на поверхности, воспринимавшей воздействие бича;

- повреждение в виде трещин, вследствие ударной нагрузки.

По данным В.А. Хвостова наибольшее число корнеплодов (61%) дает трещи­ ны при статической нагрузке 400...800 Н, наиболее мелкие (около 7%) начинают разрушаться при нагрузке 100 Н и лишь 1,4% разрушаются при нагрузке 2000 Н (рис.2.2).

18 20 24 28 32 36 d, мм Рис.2.2. Зависимость усилия Р, разрушающего корнеплод, от диаметра корня мор­ кови при деформациях статического сжатия, среза и изгиба Согласно агротехническим требованиям на машину для уборки столовых корнеплодов, определены входные параметры приведенные в таблице 1.4. Агро­ технические требования охватывает практически весь диапазон варьирования ис­ ходных параметров и не учитывают специфические особенности машинной убор ки. Так, прочность ботвы моркови может изменяться в 18,7 раза;

нижний предел длины ботвы вообще не определен.

Более подробно механические свойства моркови, составленные по материалам А.И. Пьянкова, А.И. Тимофеева и др. изложены в работе [102].

Требования к состоянию поля и убираемой культуре (моркови) приведены в таблице 2.3, агротехнические требования к качеству работы уборочной машины — ^ в таблице 2.4.

• Таближда 2. Требования к состоянию поля и убираемой культуре (морковь) Величина параметров Наименование параметров не менее Длина участка, м не более Уклон, град одно- и двухстрочная Схема посева 0,45;

0,50;

0, Междурядья, м не более 0, Ширина рядка, м не более Наличие сорняков высотой до 0,2 м, шт/пог.м до 3, Твердость почвы, МПа до 0, Высота ботвы, м 6... Количество листьев в розетке, шт.

Диаметр пучка ботвы на высоте 0,01м, м 0,008...0, 84... Масса 1 м^ ботвы, кг 36... Урожай ботвы с 1 га, ц Усилие на отрыв ботвы от корнеплода, Н 30... Количество корнеплодов на 1 м рядка, шт 30... Урожайность корнеплодов с 1 га, ц 150... Таблица : 2. Агротехнические требования к качеству работы уборочной м а ш и н i i Наименование показателей Величина показателей не менее Полнота сбора корнеплодов, % Количество корнеплодов с длиной ботвы после об резки, от 0 до 0,02 м не менее свыше 0,02 до 0,05 м не более не более повреждения, % 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 полег лости 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.

Таблица 2. Значения коэффициентов трения клубней по различным поверхностям Материал поверхно­ Коэффициент трения сти • скольжения качения опрокидывания Резина 0,35-0,37 0,43 - 0,53 0,70-0, 0,32-0,36 0,37 - 0,45 0,58 - 0, Стальной лист 0,37-0,40 0,50 - 0,54 0,60-0, Прорезиненная лента 0,40-0, Полиэтилен - 0,98-1, Почва • 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 Ш^ JjH |J BOO A ' с -* ^ i^NMM ^штшт 99^ о 700 иО sou ^- / ' jJr 600 тш^ У ^tjm.cr —- ^ 500^r^ ^ г' V"0" о' 'A с /9 ' \ s_ 79 \5. —с son 7.4. —L A /i" /^ 2t 2i ^0 so 80 WO mi(j г •: сентябрь октябрь 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 к Крупные 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.

ТаблиЕда 2. Усилие раздавливания клубней Сорт Размер (длина, Берлис^синген Лорх Эпрон ширина или Средняя Средняя Средняя толщина) Усилие, Усилие, Усилие, 1.

масса масса масса клубня, мм Н Н Н клубня, г клубня, г клубня, г Усилие приложено по длине 68,8 603, 50-90 706,1 73,5 631,6 71, 98, 60-69 804,2 109,6 87,2 618, 702, 70-79 127,1 891,5 - Усилие приложено по ширине клубня 73,0 587, 40-49 51,1 574,6 70, 764, 50-59 88,5 643,2 74,4 637, 810,9 78, 135, 60-69 967,9 127,5 784,5 109,3 709, Усилие приложено по толщине клубня 30-39 63,4 608,0 65,0 666, - 95, 40-49 836,6 85,0 87, 720,7 627, 136, 50-59 869,8 136,0 810,9 107,0 627, Отечественные картофелеуборочные машины предназначены для у б о р к и 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^ежде Н И клубней, особенно при уборке семенного картофеля, рекомендуется т а х с ж е И 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]ч1ести мость бункера должна обеспечивать сбор высокоурожайной ботвы на гоне д л и н о й не менее 500 м. Должно быть также предусмотрено разбрасывание измель-чсенной ботвы по полю.

Картофелекопатели и комбайны должны выкапывать клубни при г л у б и н е их залегания до 22 см, ширине клубневых гнезд до 40 см. Картофелекопатель д о л ж е н извлекать на поверхность поля не менее 95% урожая клубней. При о п р е д е л е н и и потерь клубни массой до 20 г не учитываются. Клубни, выкопанные д в у х р ^ т д н ы м копателем просеивающего типа, должны быть уложены полосой не шире 1 пл;

.

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 удаления ботвы моркови на корню 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:

Ре^РгорАРЛ (2.1) 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:

F = S^-d + 52-d, (2.2) где ^15 ^2 • постоянные, определяемые экспериментально [71], значе­ ния приведены в таблице 2.7, Н/м;

^-диаметр ботвы у основания корнепло­ да, м.

Таблица 2. Значения постоянных 0^, Коэффициенты, 10 Hj м Угол % град.

S, S 0 0,619 2, 45 0,292 2, 90 0,240 -0, В частности, когда угол !Р между осевой линией ботвы и прикладывае­ мой силой F равняется 90° усилие F равно F = 2A-d -l^^-S^S-d (2.3) Из таблицы 2.7 видно, что при увеличении угла Ч^ от О до 90°, разру­ шающая сила уменьшается в 4,7 раза при диаметре пучка б/ = 0.01м и в 3, раза при d=QS)\6м. ' Следовательно, при разработке конструкции ботвоудалителя необходи­ мо учитывать то, что прочность ботвы на растяжение существенно уменьша­ ется с увеличением угла % поэтому для повышения качественных показате­ лей работы ботвоудалителя, необходимо, чтобы сила воздействия рабочего элемента на ботву была направлена перпендикулярно оси пучка ботвы, Д.Т. Турусбеков [132], В.Б. Панов, Н.А. Фриндлендер [135], В.А. Хво­ стов [137] исследуя неравномерность расположения головок корнеплодов в почве и их копирование рабочими органами, пришли к выводу о невозмож­ ности удаления ботвы ножами в соответствии с агротехйическими требова­ ниями. Хвостов В.А. установил, что распределение головок относительно ли­ нии среза подчинено нормальному закону со средним квадратичным отклоне­ нием 5, = p^,+2-(\-p)-D„, (2.4) где D^j- дисперсия расположения головок корнеплодов относительно поверхности поля в рядке;

р - коэффициент корреляции микропрофиля ряд­ ка;

Z)„- дисперсия микропрофиля рядка в продольно вертикальной плоскости.

В.А. Хвостов [137].приходит к выводу о том, что механическая обрезка в соответствии исходными требованиями может быть обеспечена только при ^/г7,5 мм (рис. 2.4).

срез головок 5% 12, 2,5 5,0 7,5 10,0 '^'-^ 5h, ММ Рис.2.4. Зависимость качества обрезки ботвы от 5^^ (по Хвостову В.А.) Вероятность обрезки с оставлением черешков в интервале длины от О до 20 мм при установке линии среза от поверхности почвы на высоте Ah = (М^ +1,6455^ ) мм согласно интегральной функции Муавра-Лапласа определяется значением (ii-M^y 1 * 25l ' dh, (2.5) Ор,Ы2я а где CI — (М^-+1,6455^- 20) мм, b = (Мр +1,645Sfj) мм, при 5% допустимых повреждений (низкий срез).

Результаты математической обработки замеров, проведенных нами в Удмуртской республике и других зонах России, [71, 76, 77 129, 137], показы­ вают, что это распределение подчиняется нормальному закону распределения с математическим ожиданием -15,5Мс;

18,4 (среднее значение равно ну­ лю) и средним квадратическим отклонением 9,22^5^^15,81мм. На основании относительной неравномерности расположения корнеплодов, не учитывая не­ равномерность микропрофиля поля, Л.С. Бакулев пришел к выводу о теорети­ ческой возможности обрезки ботвы у 95% корнеплодов с длиной черешка 0...0,027м при 5% низкого среза. Причем у 75% корнеплодов в этом случае черешки должны находиться в интервале от О до 0,02 м. Это и послужило ос­ нованием для внедрения практически невыполнимых показателей качества обрезки, заложенных в исходные требования на машину выкапывающего типа с обрезкой ботвы на корню. Фактические пределы изменения^^= 10,3...20, мм значительно превышают допустимую величину Ofj=7',5-I0'^ м, что свиде­ тельствует о теоретической невыполнимости заложенных в исходных требо­ ваниях показателей при сплошной обрезке ботвы. Этот вывод подтверждается результатами многолетних испытаний и исследований, в том числе, прове­ денных автором лично.

Более высокая точность отслеживания поверхности поля, а следова тельна^ и точность обрезки ботвы достигается путем использовании диско­ вых ботвоудалителей снабженных индивидуальными каточковыми копирами с горизонтальной осью вращения и с осями вращения, близкими к горизон­ тальным: МКГ-1,4;

УДК-3;

ДСК-3. Однако применение копиров не дает же­ лаемых результатов ввиду того, что зона копирования у них удалена от зоны обрез1Л1 на значительное расстояние L. По данным СВ. Кардашевского и В.А. Хвостова корреляция между ординатами траектории перемещения копи­ ра и ботвоудаляющего элемента исчезает при шаге копирования L 130 мм.

Таким образом, их всех рассмотренных типов ботвоудалителей наи­ более полно отвечает этому требованию (шаг копирования должен быть ми­ нимальным) рабочий орган с вертикальной осью вращения и эластичными бичами (рис. 1.13, е), разработанный в ИжГСХА [75] при личном участии и руководстве работой автора диссертации.

2.3 'Анализ теоретических исследований выкапывания корнеплодов моркови выжимными копачами С геометрической точки зрения выжимные рабочие органы представляют собой спаренные трехгранные клинья (рис. 2.5).Этим обуславливается харак­ тер их воздействия на почву. В отличие от лемехов почвообрабатывающих и картофелеуборочных машин, подрезаемый ими пласт не имеет свободного перемещения в открытую борозду или на дневную поверхность почвы и пе­ ремещается в сужающемся русле.

Рабочий орган воздействует на корнеплод через определенный слой поч­ вы. В связи с этим изучение процесса нарушения связи корня с почвой и его извлечения можно разделить на две части [137]:

1. Исследование взаимодействия рабочего органа с почвой!

2. Исследование силового воздействия почвы на корнеплод в процессе выкапывания.

Первая часть включает в себя вопросы деформации почвенного пласта, вторая - изучение сил, действующих на корнеплод со стороны почвы и пере­ мещений корнеплода.

Отнесем рабочую поверхность трехгранного клина к пространствен­ ным осям координат X, Y, Z так, чтобы ось совпадала с направлением пере­ мещения клина, ось Z была направлена вертикально вверх, а ось Y - перпенди­ кулярна им обеим. Линии пересечения плоскости клина с координатными плоскостями (следы) АВ, ВС и АС образуют соответственно углы а, Д у (рис.2.5)... '.

Рис.2.5. Схема спаренных трехгранных клиньев. Углы в сечении клиньев горизонтальной плоскостью (угол атаки 2;

к) и поперечно-вертикальной (угол развала 2(3) определяют качество выполнения технологического процесса и угол резания. Зависимость между ними выража ется в следующем виде: ' Я " —. Углы атаки и развала чаще всего приме няются для характеристики параметров выжимных копачей, но для разработ ки конструкции более удобны: двухгранный угол максимального раскрытия s, между плоскостями, в которых расположены рабочие поверхности копачей, и угол i' отклонения от вертикали плоскости максимального раскрытия.

Между характерными углами существуют соотношения:

• tgj3 = tg-cos.i (2.6) tgr = tg-sin i (2.7) tgi = tga = f~ (2.8) Эксперименты показывают, что при перемещении в сужающемся русле лемешковых копачей почва не уплотняется [137]. Почвенные частицы про­ двигаются вдоль рабочего органа и вверх параллельно линиям АВ и Ai Bi по­ добно тому, как это происходит при движении двухгранного клина - плоского лемеха. Следовательно, работа выжимных копачей может быть отождествлена с работой плоского лемеха, имеющего одинаковый с ними угол резания а.

Только для выжимных копачей вместо коэффициента трения по их поверхно­ сти / следует пользоваться его приведенным значением / '.

/'=-^. (2.9) sin— ' • Характер деформации почвы при работе спаренных трехгранных клиньев определяется различными факторами, в частности, углом резания а и свойствами почвы. Чем выше значение угла резания а, тем интенсивнее де­ формация почвенного пласта. Однако, увеличение угла резания приводит к увеличению горизонтальных перемещений почвенных частиц, которые могут привести к излому корнеплодов в процессе выкапывания.

Для устранения повреждаемости нужно добиваться снижения го­ ризонтальных перемещений почвенных частиц. В то же время вертикальные смещейия должны оставаться значительными для разрушения связи корне плода с почвой и его извлечения.

Для этого применяют активные копачи, которые перемещаются в почве по траектории, представляющей деформированную синусоидальную кривую.

Цикл их движения, соответствующий одному обороту кривошипа, состоит из двух фаз: резания и подбрасывания.

Можно подобрать такой режим работы, при котором движение в пер­ вой фазе будет происходить в плоскости угла резания а, а во второй - верти­ кально вверх (при а1,(р) или в плоскости, отклоненной от,вертикали на угол ( а- (р) при {а (р). Тогда в фазе резания горизонтальные перемещения будут определяться только углом трения (р. Следовательно, при правильно подоб­ ранном режиме работы деформация почвы колеблющимися выжимными ко­ пачами осуществляется главным образом за счет вертикальных смещений.

Поэтому применение колеблющихся выжимных копачей на уборке моркови можно считать целесообразным.

Многочисленными исследованиями, в том числе и проведенными лич­ но автором, установлено, что из выкапывающих рабочих органов выжимного типа наилучшие качественные показатели имеют выжимные диски, благодаря чему они нашли более широкое применение в свеклоуборочных машинах.

Дисковые копачи также представляют собой спаренные трехгранные клинья. Параметры их характериззоотся теми же углами, но в отличие от по­ ступательного перемещения лемешковых копачей различные точки дисковых копачей перемещаются по сложным пространственным траекториям [108], которые можно записать в виде уравнений:

x = r(zut-esmmt)l cosy, (2.10).y = R^\[-c()s{mt + i)\sm—, (2.11) z = rcosj3{l-0cosmt), (2.12) D где r - радиус подвижной полодии диска, и;

0 = —^;

Rj -расстояние от произвольной точки диска до его центра, м;

со - угловая скорость вращения дисков, с"'.

Благодаря вращению дисков в сторону, противоположную направ­ лению перемещения машины удается значительно снизить горизонтальные перемещения почвенных частиц, что позволяет довести угол резания а до 50°.

Корнеплод в процессе выкапывания находится в сложном напря­ женном состоянии. Действующие на него силы можно разделить на три вида (рис. 2.6):

Рис. 2.6. Силы, действующие на корнеплод в процессе выкапывания диско­ выми рабочими органами - горизонтальные Р^, действующие в плоскости, перпендикулярной направлению движения машины и определяемые боковым давлением;

- выжимающая Рд, направленная вертикально вверх;

- сдвигающая Рс, действующая в направлении движения машины.

Силы первого и второго вида выполняют полезную работу по раз­ рушению почвенных комков и извлечению корнеплодов из почвы, сдви гающая же сила является одним из основных источников повреждении кор­ неплодов. Уменьшение этой силы имеет решающее значение для повышения качества работы выжимных копачей, особенно на выкапывании моркови, имеющей малую механическую прочность при изгибе.

Сдвигающая сила, действующая на пласт почвы с корнеплодами, скла­ дывается из проекций на направление движения элементарных сил нормаль­ ного давления поверхности копачей А Nx в элементарных сил трения А Т^, tgy = tg-smi образующихся при перемещении копачей относительно почвы (рис. 2.6).

Проекции элементарных сил нормального давления при 2 у0 всегда направлены по ходу машины. Проекции элементарных сил трения могзпг быть направлены как по ходу машины (площадки диска, лежащие выше мгновен­ ного центра вращения), так и в противоположную сторону (силы трения пло­ щадок диска, лежащих ниже мгновенного центра вращения).

Изломы хвостовой части корнеплодов будут сведены к минимуму в том случае"^ если сумма сдвигающих сил, действующих на пласт почвы и находя­ щиеся в нем корнеплоды, будет равна нулю [46]. Исследования, проведенные В.А. Хвостовым [46, 137] позволили сделать следующие выводы:

1. Режим работы выжимных дисков позволяет свести суммарную сдви­ гающую силу на корнеплод к нулю при любых параметрах дисков. Однако, в связи с неравномерным распределением элементарных сдвигающих сил веро­ ятность скалывания корнеплодов на твердых почвах устраняется не полно­ стью. Поэтому при уборке моркови на твердых почвах может быть признано целесообразным предварительное рыхление почвенной фядки.

2. Извлечение корнеплодов из почвы с минимальным процентом изло­ мов хвостовой части может быть достигнуто только дисковыми копачами с принудительным вращением.

3. Почвенный пласт наиболее интенсивно крошат пальчатые диски, и из них легче высвобождается выкопанный пласт почвы с корнеплодами. Это имеет немаловажное значение для выкапывания корней моркови, так как мор­ ковь часто убирают при неблагоприятных климатических условиях на переув­ лажненных почвах. Но их большой недостаток заключается в том, что они на участках с сильно развитой ботвой полностью забиваются растительностью.

Также необходимо отметить, что корнеплоды моркови имеют малую прочность при статическом сжатии, наибольшее количество дает трещины при нагрузках 300-600 Н [102]. По данным Hingst К. [153] усилие сжатия вы­ жимными копачами может достигать 900-3000 Н.

2.4 Анализ теоретических и экспериментальных исследований сепарирующих рабочих органов корнеклубнеуборочных машин Процесс сепарации почвы от корнеплодов методом просеивания заклю­ чается в пропуске подкопанного пласта по поверхностям, имеющим отвер­ стия, через которые проходят и удаляются из машины мелкие частицы почвы.

Разработка элементов теории и экспериментальные исследования процесса работы прутковых элеваторов проводились рядом ученых, в том числе: Н.И.

Верещагиным, С.А. Герасимовым, Н.М. Летошневым, Г.Д. Петровым, А.А.

Сорокиным, Н.В. Фирсовым, В.А. Хвостовым и другими.

В выполненных работах анализ кинематики встряхиваний проводился с целью определения оптимальной скорости полотна транспортера. При теоре­ тическом анализе авторами принимались допущения, упрощающие рабочий процесс и облегчающие получение аналитических зависимостей. В связи с этим полученные в этих работах формулы справедливы лишь для участка по­ лотна, расположенного в непосредственной близости от встряхивателя, и да­ ют заниженные значения скорости полотна транспортера.

т.

Эллиптические встряхиватели, находясь в постоянном зацеплении с по­ лотном, двигающимся с линейной скоростью Fj, имеет переменный радиус, и поэтому вращаются с переменной угловой скоростью.

Подбрасывание частиц почвы, находящейся на полотне транспортера и имеющих скорость Ут, возможно при условии, если их ускорение будет больше ускорения свободного падения g. Минимальная скорость полотна транспортера, при которой обеспечивается подбрасывание частиц, определя­ ется из уравнения (2.13)[46]:

1ж.

^т=л1т-Т7' ^/^ • (2-13) 1-к' где к= в/а - параметр, характеризующий форму эллиптического встря хивателя (отношение меньшей полуоси эллипса к большей);

g - ускорение свободного падения, м/с^.

Максимальное значение нормальной составляющей скорости полотна и частицы почвы определяется уравнением = V^{l-k'), (2.14) \dt), max Оно не зависит от абсолютных размеров эллиптического встряхивателя, а находится в прямой зависимости от скорости полотна и является функцией параметра к [46]. Частота колебаний v^n выражается зависимостью -38,2 ^\ ^, (2.15) эл В процессе работы пруткового транспортера с принудительным коле­ банием полотна встряхивателем ударного действия условие подбрасывания частиц почвы выполняется при ускорении полотна транспортера [46] 2. gcosa (О А=— :, м/с^ (2.16) Ку^ sin сот где А - радиус кривошипа, щ а- угол наклона полотна элеватора, град;

Куд - Г]/г2 - параметр, характеризующий кинематику ударного встряхивате % ля;

г I - длина рычага встряхивателя - радиус окружности, по которой пере­ мещаются оси встряхивающих роликов, м;

Г2 - плечо привода рычага встря­ хивателя, м.

Частоту вращения вала эксцентриков, обеспечивающую подбрасывание материала на полотне, можно определить из соотношения [46]:

30 L. j?cos« n~JKy,-^,, (2.17) 7t \ Asm СОТ Наиболее целесообразным режимом работы встряхивателя считается такой, при котором время полета частицы равно времени полуоборота эксцен­ трикового вала, т. е. ? = 7i/o), а дальность полета частицы равна длине L=2rj двуплечего рычага встряхивателя. При соблюдении этих условий под­ брошенная первым встряхивателем частица упадет на полотно в зоне вто­ рого встряхивателя в момент подъема полотна вверх.

Исходя из этих условий, нормальная составляющая скорости полотна Vfj, обеспечивающая время полета частицы, равное времени одного колебания полотна, определяется соотношением [46]:

Tig Кя=-. (2.18) Для определения скорости полотна транспортера можно пользоваться приближенной формулой.. gcosa.

^T=^Z^—L. (2.19) 2VH На рис. 2.7 показана зависимость сепарации вороха от линейной скоро­ сти полотна [46].

л = 20° ^ / " ^ 0, а=10°.

а = 0° 0, 1, м/с VT Рис. 2.7. Влияние линейной скорости полотна Vf на сепарирующую способ­ ность tj пруткового транспортера Коэффициент сепарации tj с увеличением скорости полотна возрастает до некоторого максимального значения, а затем начинает уменьшаться (рис.

2.7). Наиболее целесообразными являются скорости полотна, находящиеся в промежутке 2,2...2,8 м/с [137].

Транспортеры с независимым двухроликовыми встряхивателями имеют более высокую сепарирующую способность, чем транспортеры, снабженные эллиптическими встряхивателями.

Наиболее существенное влияние на сепарацию почвы оказывает ее влажность. С повышением влажности полнота сепарации почвы при опти­ мальной скорости полотна транспортера уменьшается более чем в 2,6 раза. С повышением скорости полотна свыше 3 м/с полнота сепарации почв опти­ мальной влажности уменьшается, а почв повышенной влажности практически остается без изменений [138].

Известны конструкции горок с продольным и поперечным углом на­ клона. В машинах для уборки корнеплодов предпочтительны для применения более простые и надежные в работе продольные горки с положительным и отрицательным углом наклона.

Пальчатые горки представляют собой ленточные наклонные транспор­ теры с резиновыми пальцами. Разделяющее действие этого рабочего органа основано на одновременном использовании ряда свойств разделяемых компо­ нентов: коэффициента трения качения, размеров, абсолютной массы. Клубни скатываются с наклонной плоскости, образованной основаниями пальцев, а примеси должны удерживаться пальцами и выноситься вверх (на продольной горке) или вбок (на поперечной).

Рассмотрим рабочий процесс продольной горки, представив для упро­ щения разделяемые компоненты как материальные точки (частицы). Силы, действующие на частицу, находящуюся на полотне продольной горки, пока­ заны на рис. 2.8.

Рис. 2.8. Схема продольной горки Если тангенциальная составляющая силы тяжести Gsin а становится больше предельной силы трения, то частица будет скатываться вниз.

Движущая сила, определяемая величиной Gsin а —;

F, сообщит клуб­ ням относительное ускорение [138] du G. F (2.20) — = ^-sina, dt m m Заменив G = m-g и F = m-g-fi, получим Г \ du. f, (2.21) — = G • sina - g • J J' cosa = g-sina tgcc.

dt ^ ''^ ^ где fi -коэффициент трения движения.

Обозначив filtgCC = Л, получим du (l-A) (2.22) dt = g-sina В ВИСХОМе в лабораторных условиях проводились опыты по изуче­ нию влияния на процесс разделения компонентов от линейной скорости по­ лотна (рис.2.9) [108]. Результаты опытов показывают, что с повышением ско­ рости общий коэффициент разделения увеличивается. Хотя, как вытекает из приведенного теоретического анализа, скорость полотна, непосредственного влияния на процесс фрикционной сепарации не оказывает. При повышении скорости полотна коэффициент отделения клубней уменьшается, а коэффици­ ент отделения комков увеличивается. При этом вероятность сталкивания час­ тиц уменьшается.

Рассмотрим процесс работы поперечной горки. На частицу, попавшую на полотно с поперечным наклоном, без начальной скорости (рис. 2.10) в точ­ ке А действуют следующие силы: активная составляющая силы тяжести Т = m-g-Sina: сила трения, возникающая от составляющей силы тяжести Т и направленная в сторону, противоположную относительному движению, F =fmg cosa.

Обозначив V угол между касательной к траектории и осью х, разложим действующие силы на тангенциальные и нормальные составляющие.

0,5 0,8 _ 1,7 v,M/c Рис. 2.9. Полнота разделения компонентов клубни - комки почвы в зависимости от скорости полотна Тангенциальная результирующая составляющая T-COS V-F = т -g-sina-cos v r / w -g-cosa, (2.23) нормальная результирующая составляющая T-sin v = т g-sina. (2.24) T^niff'UncX Рис. 2.10. Силы, действующие на частицу, находящуюся на поперечной горке Уравнения относительного движения частицы по полотну имеет вид:

du. ^ (2.25) т — = m-g-sm.a- cos v- j -m-g- cos a, dt и m— = m-g-sma-smv, (2.26) P где р - радиус кривизны элементарной дуги траектории для точки А.

После интегрирования этих уравнений и соответствующих преобразо­ ваний получаем выражение скорости относительного движения и = — 'Z (2.27) '\i + z' TRQ z = tg[vl2).

К. Баганцом проведено сравнительное исследование эффективности разделения одинаковой по составу смеси клубней и камней на продольной и поперечной горках при разных подачах (рис. 2.12). При небольших пода­ чах (до 10 шт/с) продольная горка, по данным К. Баганца, на 15...20 % эф­ фективнее поперечной [108].

8 12 16 20 Q,iumlc Рис. 2.12. Сравнительные показатели разделения клубней и камней на про­ дольной и поперечной горках (по данным К. Баганца) Сравнительный анализ данных, полученных при исследовании про­ дольной и поперечной горок, показывает, что разделение на поперечной горке происходит менее четко, чем на продольной. Для более эффективного ис­ пользования продольной горки при различных соотношениях почвенных комков и корнеплодов необходимо регулировать угол наклона полотна.

Исследования, проведенные Г.Д. Петровым [108], позволили сделать следующие выводы:

- горки не обеспечивают полного отделения клубней от примесей, они могут быть использованы не как самостоятельный рабочий орган, а только лишь как вспомогательный, обеспечивающий предварительное разделение компонентов;

- горки успешно справляются с отделением ботвы и растительных приме­ сей, но волокнистые примеси значительно снижают коэффициенты разделе­ ния других компонентов.

Для более качественного отделения корнеплодов от примесей необхо­ димо совместное использование пальчатой горки с другими сепарирующими устройствами.

Материалы Главы 2 позволили сделать следующие основные выводы.

1. Физико-механические свойства корнеклубнеплодов оказывают ре­ шающее влияние на создание технических средств для их уборки.

2. В качестве рабочего органа для удаления ботвы моркови на корню может быть рекомендован бескопирный рабочий орган с вертикальной осью вращения и эластичными бичами.

3. Для уборки моркови могут быть рекомендованы выжимные выкапы­ вающий рабочие органы, на легких почвах - простейшие лемешковые, на тя­ желых почвах - ротационно-пальчатые с предварительным подкапыванием пласта.

4. В качестве универсальных сепарирующих рабочих органов для кор­ неплодов моркови и клубней картофеля могут быть рекомендованы центро бежнотвыжимные рабочие органы в сочетании пруткового элеватора и бара­ бана.

Приняв эти предположения за рабочую гипотезу в Главе 3 изложены теоретические исследования по обоснованию конструкции, параметров и ре­ жимов работы новых рабочих органов для универсальных корнеклубнеубо рочных машин.

Глава 3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ КОРНЕКЛУБНЕУБОРОЧНЫХ МАШИН • 3.1 Рабочий орган для удаления ботвы моркови на корню 3.1.1 Конструкция и принцип действия Анализ существующих способов отделения ботвы и результатов ранее вы­ полненных теоретических и экспериментальных исследований, позволил выдви­ нуть следующую рабочую гипотезу:

- для индивидуального отслеживания головок корнеплодов ботвоудалитель должен иметь эластичные рабочие элементы;

- разрушающее усилие должно прикладываться к ботве в непосредственной близости от головки корнеплода в зоне повышенной хрупкости;

- вынос ботвы с обработанной полосы на убранный участок поля должен про­ изводится сразу же после среза.

Перечисленные выше условия могут быть выполнены, если эластичный бич ботвоудалителя имеет достаточно жесткую секущую кромку и в процессе резания скользит по поверхности почвы и головкам корнеплодов со срезанной бот­ вой. Учитывая это, нами был разработан ботвоудалитель [91], показанный на рис.

3.1. Принцип его работы заключается в следующем: в результате реакции со сто­ роны почвы и действия центробежных сил инерции бич 1 И'лопасть 2 испыты­ вают сложную деформацию изгиба и кручения. При этом нижняя поверхность изогнутого бича выполняет функцию следящего элемента, а его наружный край, вследствие деформации, располагается под углом к направлению движения и об­ разует секущую кромку К. Таким образом, происходит сближение зоны копиро­ вания и зоны обрезки, а разрушающее усилие прикладывается к ботве в непо­ средственной близости от головки корнеплода.

Ботва отделяется секущими кромками, а так же за счет силы трения, возни­ кающей при скольжении нижней поверхности бича по черешкам.

Рис. 3.1. Схема взаимодействия бича с пучком ботвы:

1 - бич;

2 - лопасть;

3 - кольцо;

4 - ведущий поводок;

5 — гибкий диск;


6 - приводной вал.

При этом стебли ботвы выполняют защитную функцию, предохраняя от по­ вреждений выступающие над поверхностью почвы головки корнеплодов. Отде­ ленная от корнеплодов ботва и срезанная сорная растительность подхватываются лопастью и отбрасываются с освобожденной от ботвы полосы на убранный уча­ сток поля. Следовательно, устройство выполняет две технолргические операции:

отделяет ботву и смещает валок ботвы с убираемой полосы.

При большой длине эластичной лопасти она будет испытывать сильный изгиб в горизонтальной плоскости под действием силы трения со стороны почвы. Тогда наружный край бича К перестает выполнять роль секущей кромки. Поэтому, в предлагаемом устройстве предусмотрен упругий промежуточный элемент - коль­ цо 3, к которому крепятся короткие лопасти 2. Кольцо обеспечивает равномер­ ность расположения бичей по периметру рабочего органа во время работы. Веду­ щими поводками 4 кольцо соединено с гибким диском 5, который крепится к фланцу вертикального вала 6 ботвоудалителя. Диск 5 и поврдки 4 имеют боль Шую жесткость на изгиб в горизонтальной плоскости, что обеспечивает передачу вращающего момента к лопастям, и, наоборот, малую жесткость на изгиб в верти­ • кальной плоскости, вследствие чего рабочие органы ботвоудалителя получают дополнительную возможность вертикального перемещения для отслеживания уровня почвы и головок корнеплодов.

3.1.2 Определение параметров бича При постоянной скорости машины f^, постоянной угловой скорости ботво­ удалителя 60 и при условии, что в процессе работы деформация упругих элемен­ тов рабочего органа не изменяется, траектории точек секущей кромки (рис.3.2) представляют собой удлиненную циклоиду (трохоиду), уравнения которой имеют вид x = Vj^'t-^-г • sin(cot + (Ро), y = r'COS(u)t + ^Qj, где г -радиус точки, м;

^ - время, с;

^о~ угол, град, определяющий положение точки при ^ = О (для точки Мна рисунке 3.2 ^о=0, (p = (JO-t).

На рис. 3.2 система координат ху неподвижна, ось ботвоудалителя О^ в на­ чальный момент совпадает с началом координат О. Каждый виток трохоиды сдвинут относительно предыдущего на величину хода машины //^ за один оборот ботвоудалителя. Учитывая, что время одного оборота Т = 27г/со, получим Я^ = К„-Г = 2;

г-К. (3.2) Рассмотрим секущие кромки KjLj и K2L2 бичей четырехлопастного ботво­ удалителя (рис.3.3) в начальный момент, когда задние точки кромок Lj и L Ь Рис. 3.2. Траектории движения точек ботвоудалителя Рис. 3.3. Схема к определению размеров секущей кромки пересекают, соответственно, оси хиу. Для срезания без пропусков не только бот­ вы, но и сорняков между рядками, координата X' передней точки К2 кромки вто­ рого бича после поворота ботвоудалителя на угол (р' должна быть меньше координаты Хц точки Li в начальный момент времени (на рисунке показан пре дельный случай Х„^ = Хт ). Время поворота на угол (р^ равно / = (p'jco = (0,5л- - \l/)h, (3.3) где - ц/- угол между радиусами OKi и OI/ крайних точек секущих кромок.

Подставляя /' в первое уравнение системы (3.1), получим X ^V^-(0,5K-^)ICO +OK-sin((0,57r-y/) + у/)0L.

Из неравенства найдем разность радиусов конечных точек кромки:

AR = OL-OK (0,57т -y/)-V^/co (3.4) или, подставляя из (3.2), ARH ^^-(0,25-11/1271). (3.4') Таким образом, разность радиусов получается меньше четверти хода / 4. Обо­ значим 0;

JC = RK, длину секущей кромки KL = / и из рис. 3.3 получим:

ЛК = 4К' +1' -2R^'lcos(90° -у )-R^, I = R^-siny//cos(i// +r ). ' (3.5) Концы лопасти и бича, соединенные с помощью металлических пластин, образуют «жесткую» часть конструкции, которая под действием силы инерции бича из-за деформации эластичной части лопасти поворачивается относительно кольца в вертикальной плоскости на угол S(рис. 3.4.). Пренебрегая изгибом лопа­ сти в горизонтальной плоскости, будем считать, что средняя плоскость лопасти совпадает с вертикальной плоскостью, проходящей через ось ботвоудалителя (па­ раллельна фронтальной плоскости проекции). Изогнутую часть срединной по­ верхности бича представим в виде конуса с осью ST, который по образующей SH касается горизонтальной плоскости, а по образующей SV- вертикальной. Тогда углы между плоскостью сечения конуса STV и горизонтальной плоскостью, а так же между сечением STH и фронтальной плоскостью равны a+S. (Проекции то­ чек на горизонтальную плоскость обозначены штрихом, на профильную - двумя штрихами.) Со стороны узла А на лопасть действует пропорциональный углу поворота ^момент М=Сд'5, где Сд - коэффициент жесткости лопасти на изгиб в вертикальной плоскости. Тогда из уравнения моментов относительно точки А, пренебрегая моментами сил Nj, Р", Gj, G, получим 0rhj-0yh2-c^-S = O. (3.6) Рис. 3.4. Деформация бича в вертикальной плоскости Для нормальной работы ботвоудалителя расстояние от нижней кромки коль­ ца до уровня почвы должно изменяться от 50 до 90 мм, а до горизонтального уча­ стка срединной поверхности бича, с учетом его толщины и формы, от 35 до MM. Тогда размер h можно принять равным от 85 до 125 мм. Расстояние от цен­ тра масс бича С/ до срединной поверхности бича обозначим А, тогда плечо си­ лы инерции Ф/ относительно точки А равно hj='h-A. (3.7) По схеме на рис. 3,4 плечо силы 02 равно /z^ =АВ • sin(a + (),5S) + С2В • sin(a + S). (3.8) Размер АВ можно принять равным длине эластичной части лопасти до де­ формации, размер С2В определяющий положение центра масс лопасти, определя­ ется из соотношения размеров и масс ее частей (в среднем 35 мм).

Для оценки величины А рассмотрим коническую поверхность бича. Высота точки V и длина образующей SV равны VE=VT = h+AB- sin(a+0,55) -BU-cos(a+S) + VU-sm(a+S) ^^'^^ SV = VE/sm(a+S) ' (3.10) Здесь отрезок VE расположен вертикально, отрезок VT — горизонтально;

точка Е совпадает с проекцией точки V на горизонтальную плоскость. Из прямо­ угольных треугольников VSE, VTE, STE находим стороны SE = SV-cos(a + S), TE = VE'42, (3.11) а также углы: Л^- между осью конуса' и образующими SV,SH;

Х2- между осью конуса и отрезком SE, параллельным фронтальной плоскости:

tgXj = VTlSV,_ (3.12) tgX.^TElSE. (3.13) Проведем через точку V плоскость перпендикулярную оси ST конуса. Линия пересечения плоскости с поверхностью конуса - окружность, на рис. 3.4 изображена штрихпунктирной линией;

О — центр окружности. Радиус ок­ ружности и расстояние SO определяется из треугольника SOV\ R = OV = OW = SV-smXj;

(3.14) SO = SV-cosA J. (3.15) Аналогично определяется радиус Ri =OjU и расстояние SOi для сечения, проведенного через точку U:

Rj =SU-smX J, (3.16) SOj=SU'CosXj=(SV-UV)-cosAj^ (3.17) где UV- ширина бича.

Для конической поверхности, расположенной между указанными сечениями, по известным формулам определяем, что ее центр тяжести С располагается в плоскости, перпендикулярной оси конуса, на расстояниях S02=2'(SO^-SOJ)/(3'(SO^-SOJ)), (3.18) O^G^ = SO2 -tgX i'Sin(nl4)l(nl4). (3.19) Из свойства подобия треугольников найдем высоту центра h^ = SO2 ' sin Х-02С^- sin X;

jtgX 2. (3.20) Как видно на рис. 3.5, кромки изогнутого бича не совпадают с плоскостями проведенных сечений. Поэтому точка С будет смещена относительно центра тя­ жести изогнутой части бича несколько выше и ближе к вершине конуса. Сравни­ вая площади конической и плоской частей бича по рисунку 3.5, где показана раз­ вертка срединной поверхности, высоту центра тяжести всего бича в рабочем со­ стоянии зададим соотношением А = k.-h^, где коэффициент к будем принимать от 0,4 до 0,6 (меньшие значения для более длинных бичей).

Рис. 3.5. Развертка срединной поверхности бича Подставляя (3.19) в (3.20), получим A = k'S02-smA j(l-242-tgX jUn-tgl 2))- (3.21) Определим теперь угол наклона секущей кромки ^, который в натуральную величину.изображен на горизонтальной проекции рис. 3.4. Рассмотрим для этого дополнительно рис. 3.5, на котором показана развертка срединной поверхности бича. Дуга окружности радиуса R = OV сечения конуса (изогнутой части бича) на развертке изображается дугой окружности радиуса SV=SW. Длина дуги VW = Л -л/2, тогда по рис. 3.5. угол Г] равен rj=YW/SV=0,57r-sinXi. (3.22) Размер SH и угол, которые на обоих рисунках изображены в натуральную величину, по схеме на рис. 3.5. определяются по формулам SH^SV/cosTj, = 0,5л:- rj. (3.23) Тогда по рис. 3.6. находим Yi = 0,5л:

-( + a + S) = ri-a-5. (3.24) Из геометрических соотношений переднюю точку К секущей кромки возь­ мем посередине расстояния HN от точки Я до плоскости лопасти (рис 3.6).

Ti Рис.3.6. Схема к определению угла у Нижняя поверхности бича в этом месте располагается на высоте около мм над уровнем почвы. Угол у2 между радиусом ОК этой точки и плоскостью лопасти (без учета ее изгиба в горизонтальной плоскости), а также полный угол наклона секущей кромки будут равны Г 2 = arcsm(HNl(2 •0К)) = arcsin(SH • sin(a + 5)1(2 • OK), (3.25) У =71+72. ' (3.26) Зададим значение R^ — ОК = 0,65м, тогда по формулам (3.4), (3.5) и фор­ мулам данного параграфа можно найти требуемую длину / секущей кромки.

При определении длины бича расчетное значение размера НКр на развертке бича (рис,3.5) примем равным его проекции НКна рис. 3.6.

• Тогда длина бича по рис. 3.5 будет равна LQ = VL = SV- sin(ri) - НКр + /, (3.27) где размер НКр =НК находим по рис. 3.6:

HKp=HNl(2-cosY,) = SH'sm(a + d)l(2-cosyj). (3.28) Длина бича по формуле (3.27) определяется с некоторым запасом, так как при изгибе. лопасти в горизонтальной плоскости под действием силы инерции угол / увеличивается. Поэтому при той же ширине полосы между траекториями точек К и L требуемая длина секущей кромки / будет меньше расчетной. Учиты­ вая, что оставшиеся после прохода секущей кромки черешки удаляются нижними поверхностями бичей, определяем ширину бича:

2л:-к'У UV = Y,= ^, (3.29) где к - повторность воздействия бичей на корнеплод;

Р^ — скорость маши­ ны, м/с;

fy-угловая скорость рабочего органа, с'';

z^-число бичей. Принимаем к = 3, 2б = 4. Для численного определения требуемой длины и ширины бича в за­ висимости от высоты установки ботвоудалителя над уровнем почвы h, режимов работы агрегата й), V^j и жесткости гибких элементов, была составлена програм­ ма решения системы нелинейных уравнений, записанная в языке QBASIC. На рис. 3.7;


3.8;

3.9 и 3,10 показаны диаграммы, построенные по результатам расче­ тов. Расчётные значения углов поворота сечения кольца а, лопасти S и угол на­ клона рабочей кромки ^(рис. 3.9.) в зависимости от угловой скорости рабочего органа и скорости агрегата изменяются в интервале от 0,104 до 0,269 рад., от 0, до 0,265 рад. и от 0,139 до 0,276 рад., соответственно.

длина бича,м (Z=6MM) длина бича,м (Z=8MM) длина бича,м (Z=10MM) длина кромки,м(2=6мм) длина кромки,м(2=8мм) длина кромки,м(2=10мм) 0, 0,12 Я, М 0, 0, Рис. 3.7.. Зависимость длины и ширины бича от высоты установки рабочего ор­ гана (й)= 45с'', Vj^= 0,8 м/с, Z - толщина ленты).0,19 п длина бича,м (V=0,4M/C) длина бича,м (V=0,8M/C) длина бича,м (V=1,2M/C) ишрина бича,м (V=0,4M/C) ширина бича,м (V=0,8M/C) ширина бича,м (V=1,2M/C) 0,03 - СО, С 35 45 Рис.3.8. Зависимость длины и ширины бича от угловой скорости рабочего органа ботовоудалителя при /г = 0,1 м, z = 8мм 0, поворот сечения кольца (V=0,4M/C) поворот сечения кольца (У=1ам/с) поворот лопасти (V=0,4M/C) поворот лопасти (V=1,2M/C) наююн секущей кромки (V=0,4M/C) иаююн секушеи кромки (V=UM/C) 35 45 55 ^'^" Рис.3.9. Зависимость углов поворота сечения кольца а, лопасти 5 и угла накло­ на секущей кромки / от О) и V^ при /г = 0,1 м, z = 8 мм длина секушей кромки (V=0,4M/C) длина секушей кромки (V=0,8M/C) длина секушей кромки (V=1,2M/C) РисЗ. 10. Зависимость длины секущей кромки I отбОиУ^ ( Z = 8MM) При увеличении угловой скорости бО от 33 до 55 с'^ расчетная длина секу­ щей кромки уменьшается на 30%, при любых значениях скорости агрегата. При увеличении Fv, от 0,4 до 1,2 м/с требуемая длина кромки увеличивается почти в два раза (при средних значениях со от 0,035 до 0,06м). Толщина ленты, из которой изготовлены бич, лопасть и поводок, по результатам расчетов (см. рис.3.7) не ока­ зывают существенного влияния на размеры бича.

В зависимости от высоты h расчетная длина бича принимает значения от 0,12 до 0,155 м на средних режимах работы (см. рис. 3.7). При увеличении скоро­ сти движения машины от 0,4 до 1,2 м/с и угловой скорости й) от 33 до 55 с"\ длина бича изменяется 0,1 до 0,18 м, а ширина от 0,035 до 0,17м (см. рис. 3.8).

Ботвоудаляющий агрегат и уборочный комбайн, двигаясь вкруговую, рабо­ тают в комплексе, так как срезанная ботва должна отбрасываться на уже убран­ ную полосу. Учитывая, что увеличение скорости комбайна свыше 1 м/с ведет к росту повреждений выкапываемой моркови [72], увеличивать скорость ботвоуда ляющего агрегата свыше 1 м/с также нецелесообразно, а снижение скорости ниже 0,4 м/с приводит к уменьшению производительности уборочного комплекса.

Анализ графиков на (см. рис. 3.8) с учетом указанных обстоятельств позволяет сделать вывод, что при скорости F^ до 1 м/с в интервале со от 35 до 55с'' устойчи­ вое протекание технологического процесса обеспечивается бичом шириной 0, м, длиной 0,14 м. При указанных размерах масса бича составляет mi = 0,3 кг, лопасти, с учетом элементов крепления (металлические пластины, болты), т2 — 0,8 кг, масса кольца Шз = 4,3 кг.

Принятые параметры позволяют обеспечить высокое качество работы бот воудаляющего устройства. При длительном использовании ботвоудаляющего устройства, в процессе которого происходит постепенный износ бича, требуемая полнота отделения ботвы обеспечивается за счет уменьшения высоты установки рабочего органа.

3.1.3 Определение мощности на привод ботвоудаляющего,рабочего органа Среднюю за цикл потребную мощность определим как отношение суммы ра­ бот, затрачиваемых двигателем на преодоление сил сопротивления со стороны скашиваемой ботвы и поверхности почвы, а также на вынос ботвы за пределы об­ работанной полосы ко времени одного оборота ботвоудалителя. По схеме (рис, 3.11) работу совершают сила трения F, окружная составляющая Pi^ силы, прило­ женной к секущей кромке, и сила ?2, действующая на лопасть со стороны уда­ ляемой ботвы, т.е.

А--Р Рис. 3.11. Система сил, действующих на бич, лопасть и кольцо Ш ^A = Aj,+A.+Ap. (3.30) Величина силы F ^aBUdif-Nj, TjxQf=Q,l - коэффициент трения [102], aNj нормальная реакция почвы. Сила F направлена против скорости точки ее прило­ жения, т.е. по касательной к траектории этой точки описыаваемои системой уравнений (3.1).

Тогда, величина работы сил F, приложенных ко всем бичам, будет равна т Ар:=Р-^(Ц). (3.31) т= где п.- число лопастей;

///-длина дуги, описываемой точкой приложения си­ лы F за один оборот ботвоудалителя.

По известной формуле [130] т Ц = 1л]х^ +y^dt. (3.32) о здесь X = dx/dt, у = dy/dt;

Т = 2я/со - время одного оборота.

Так, как сила PJ в течение одного оборота лопасти претерпевает значитель­ ные изменения за малые интервалы времени, работу на преодоление силы удобно выразить через среднюю, удельную работу Ауд разрушения (среза, обрыва) пучка ботвы одного корнеплода:

Ar=Q-S-A^,. (3.33) р,.

'/• • ' Здесь Q — среднее количество пучков, приходящихся на единицу площади посевов;

S - площадь, обрабатываемая ботвоудалителем за один оборот, м^.

Площадь S определится по формуле 5 = 2-Л„-Я„=2-Л,-К„.Г, (3.34) где RK — радиус точек секущей кромки примем равным 0,65м.

Для определения работы силы Р2, затрачиваемой на вынос ботвы за преде­ лы обработанной полосы, удобно воспользоваться теоремой об изменении кине тической энергии, считая, что скорость всей массы скашиваемой ботвы, в процес­ се ее удаления лопастями, возрастает от нуля до величины окружной скорости кромки К. Тогда за один оборот Лр, = (т, • V^^p/2 = то • S- со '• R,'/2, (3.35) где та — масса ботвы, скошенной за один оборот, кг;

то - масса ботвы, при ходящаяся на единицу площади посевов, кг/м.

Таким образом, для оценки величины потребной мощности необходимо знать й), К„ размеры ботвоудалителя, статистические характеристики посевов f^o Q сипы N и F, определяемые из условий деформирования экспериментально или расчетным путем.

Для численного определения величины работы силы трения Af, которая рас­ считывается по формуле (3.31), составлена программа решения определенного интеграла, записанная в языке QBASIC (приложение 1). В результате расчетов получено численное значение работы силы трения Af = 105 Дж. Численные зна­ чения работы силы резания А ^- и силы Ар, затрачиваемой на вынос ботвы определяется по формулам (3.32...3.35): А г = 66,1 Джи-^р^ =45,2 Дж.

Суммарная мощность, затрачиваемая на привод рабочего органа, равна Np,_='LAlT, (3.36) где Т- время одного оборота, с.

Расчеты по формуле в зависимости от режимов работы ботвоудалителя да­ ют значение потребляемой мощности от 1,5 до 1,7 кВт.

На основании решения полученных теоретических зависимостей и анализа его результатов установлены и приняты оптимальные параметры элементов рабо­ чего органа для отделения ботвы моркови на корню: длина бича /-6= 0,14м;

ширина бича 1^= 0,12 м;

толщина лопасти и ведущих поводков Z = 0,008м;

высота установки гибкого диска 5 (рис. 3.1, 3.11) относительно по­ верхности, почвы /г = 0,10 м;

мощность затрачиваемая на привод рабочего органа, в зависимости от рабочих режимов, от 1,5 до 1,7 кВт.

3.2 Роторно-пальчатый выкапывающий рабочий орган На основе анализа конструкций выкапывающих рабочих органов, их теоре­ тических и экспериментальных исследований, проведенных другими авторами, установлено:

- требованиям ограничения количества почвы, сходящей с выкапывающих рабочих органов и интенсивной ее деформации, на почвах легких и средних по механическому составу, наиболее полно отвечают выжимные выкапывающие ра­ бочие органы.

- для уборки корнеплодов на тяжелых суглинистых почвах принято гипоте­ за о том, что пласт почвы вместе с корнеплодами предварительно необходимо от­ делить от основного массива с помощью подкапывающего пассивного ножа, кон­ струкция рабочего органа должна содержать элементы, активно разрушающие (деформирующие) пласт в зоне извлечения корнеплодов с минимальными повре­ ждениями.

Реализация вышеизложенной гипотезы позволит:

значительно повысить качественные показатели работы технических средств для уборки картофеля, использующихся на уборке корнеплодов моркови;

На основе проведенных под руководством автора многолетних теоретиче­ ских и экспериментальных исследований [72, 73, 75] разработан комбинирован­ ный роторно-пальчатый рабочий выкапывающий рабочий орган показанный на рис. 3.12. Он представляет собой два активных пальчатых диска, установленных на приводном валу. Пальцы 3, установленные при помощи шарниров 11 на диски 7 способны, при воздействии на соединяющие их гибкие связи 4 бесконечного ремня 5, надетого на ролики 2 и 6, отклоняться в сторону выкапываемого рядка, а при помощи пружин 13 возвращаться в исходное положение. В передней части роторного копателя установлен подкапывающий нож 1, в задней - вспомогатель­ ные лемешковые копачи 11.

Рабочий процесс протекает следующим образом. При поступательном движении.агрегата подкапывающий нож 1 вырезает и приподнимает пласт почвы с корнеплодами. Пальцы 3 активных дисков 7 вместе с тросами внедряются в, приподнятый ножом 1, пласт и при воздействии ремня 5 на гибкие связи 4 сжи­ мают корнеплоды и небольшую часть почвы и выносят их на поверхность. При дальнейшем повороте рабочего органа корнеплоды и почва освобождаются из за­ жимного ручья и под воздействием бесконечного ремня 5, и сил тяжести падают на поверхность (траектория I, см. рис. 3.12) сепарирующего рабочего органа (прутковый элеватор). Некоторая, небольшая часть корнеплодов, выпавшая из за­ жимного ручья (траектория II, см. рис. 3.12), попадает на сепарирующие рабочие органы под воздействием вспомогательных лемешковых копачей 8.

Зависимость между конструктивными основными параметрами дисковых копачей [45] (рис. 3.13) следующая:

( ) cosp = Dhcosj3-h^, (3.37) 4 sin / где С и С - соответственно максимальное и минимальное расстояние между кромками дисков на поверхности почвы, м;

D - диаметр диска, м;

h^— за щ глубление дисковых копачей, м.

Ф\-— Рис. 3.12. Принципиальная схема роторно - пальчатого выкапывающего рабочего органа (РПК):

1 - подкапывающий нож;

2 - направляющие ролики;

3 - пальцы;

4 - гибкие связи;

5 - бесконечный ремень;

6 - направляющий натяжной ролик;

7 - диск;

8 - шарниры;

9 - рычаг;

10 — пружина;

11 - вспомогательные лемешковые ко­ пачи;

12-прутковый элеватор.

СЬ,+2ть (3.38) 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.

2h Принимая а, уравнение (3.37) можно записать в следующем ви D cos J (C-C'f ^ (3.39) де:

sin^/ L h Рис. 3.17. к определению основных параметров дисковых копачей ПО Прологарифмировав выражение (3.39), получаем ^с-с^^ -21gsin7 = 21gD + lga + Ig(2-a), (3.40) 21g 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].

h = 200 мм 2у = 4С h = 50 мм С, мм 340 320 300 280 260 240 220 550 600 650 700 750 D, мм Рис. 3.18. Номограмма зависимостей между основными параметрами дисковых копачей 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:

L = —r — :—ч, (3.41) y^Q (cos atg(p + sin O j f 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:

Lictg{a + (p}—в ^sm — cos—tg\a + (р)- sin — (3.42) [Гоб S где (Jg - временное сопротивление почвы сжатию, Н/м.

Как видно из этого уравнения, при расчете длины ножа неизвестной вели­ чиной является сопротивление почвы сжатию, которое может быть найдено экс­ периментальным путем.

Следует отметить, что расчетная длина ножа тем меньше, чем меньше се­ чение срезаемого слоя. Для подкапывания моркови без повреждений необходимо, чтобы нож двигался на глубине не менее 0,20 м. Величину наклона ножа а уста­ навливают в пределах 15-20°, при таких параметрах длина ножа должна быть не более 0,290м [108].

Ширина установки боковых стоек подкапываюшего ножа установлена, ис­ ходя из исследований, проведенных А.Н. Зелениным [51]. Им установлено, что при малом расстоянии между боковинами (вертикальными койками) происходит заклинивание почвы. Усилие резания резко возрастает с увеличением расстояния между боковинами от О до - 0,50 м, по величине оно значительно больше удвоен­ ного значения усилия резания почвы одним лемехом.

При увеличении межпрофильного расстояния до 0,10 м боковины прореза­ ют в почве самостоятельные щели, однако, грунт между боковинами сильно сжат и, испытывая повышенные напряжения, вспучивается. Разрыхленный грунт на­ чинает, как бы протекать между боковинами» Усилие резания снижается. Взаим­ ное действие, боковин прекращается только при расстоянии между ними 0,30 0,40 м, и процесс резания почвы каждой боковиной сопровождается явлениями, 4 характерными для одного листа, а усилие резания почвы двумя листами равняет ся удвоенному значению силы резания для одного листа. Проведенные нами экс­ периментальные и полевые исследования позволили уточнить параметры подка о пывающего ножа: угол наклона ножа ct „ = 15 ;

расстояние между боковинами а = 0,4 м;

длина ножа Lj = 0,25 м.

Пассивные вспомогательные лемешковые копачи 11 (рис. 3.12) обеспечи­ вают стабильность процесса выкапывания корнеплодов при резком изменении условий работы (твердость, механический состав, влажность почвы, наличие рас­ тительных остатков). Передние кромки копачей устанавливаются с зазором Су, определяемым с учетом варьирования диаметра корнеплодов, отклонения их от оси рядка и точности вождения агрегата по рядкам. Для схемы посева 62 + 8, принятой в Удмуртской республике, нами установлены оптимальные зазоры: С;

= 0,180 м и С, = 0,040 м, соответственно в передней и задней части лемешковых копачей (рис. 3.12).

Длина рабочего русла лемешковых копачей L2 (рис. 3.12) определяется из выражения [138]:

L2k{C,-C\)ctgr., • (3.43) где у - угол атаки, град.

Подставляя в (3.43): у = 20°;

С[= 0,040м;

Ci = 0,18м, получим L2 0,383м, принимаем L2 = 0,4 м.

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

«2шах-45"-^«^^^^-^' (3.44) sin где / - 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 корне плодов 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 лемеш ковых копачей 11(рис. 3.12).

т 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^ + ^ ) ^ ^, (3.45) 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:

Рп'^ n-Z i^K' + V^ -2V,V^ -cosa,] -{V.-Vj N.= (3.46) ^VOVM 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 рабочего органа 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 С = 0,32 м.

3. Выкапывание корнеплодов с минимальными повреждениями возможно, •Ш но при наличии в непосредственной близости от копающего ротора подкапы о вающего ножа, установленного под углом от, = 15;

при расстоянии между боко винами d= 0,4 м\ и длине ножа L/ = 0,25 м.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.