INTENSIFICATION OF POTATO HARVESTERS BAR ELEVATORS SEPARATING ABILITY BY PRELIMINARY DEFORMATION OF TUBER BEARING

Full Text

Себестоимость клубней при комбайновом способе уборки во многом зависит от степени засоренности картофельного вороха почвенными частицами, большое наличие которых увеличивает транспортные издержки, а также затраты на послеуборочную обработку урожая [1]. Анализ работы существующих конструкций картофелеуборочных комбайнов отечественного производства показывает, что при их эксплуатации даже на почвах средней связности в бункер машин поступает до 14,1% почвенных примесей [2]. В связи с этим увеличивается необходимое количество транспортных средств для доставки картофельного вороха от комбайнов к пункту доработки, снижается производительность картофелесортировок, а также уменьшается толщина плодородного слоя почвы. Цель исследования - повышение сепарирующей способности прутковых элеваторов картофелеуборочных машин за счет предварительного разрушения клубненосного пласта. Задачи исследований - создание конструкции устройства для эффективного динамического воздействия на клубненосный пласт в момент схода его с лемехов и теоретическое обоснование местоположения фартука-гасителя кинетической энергии частиц, отбрасываемых битером. Материалы и методы исследований. Современные картофелеуборочные машины работают по принципу подкапывания клубненосного пласта и частичного его разрушения с помощью плоских и криволинейных лемехов с последующим выделением клубней картофеля из общей массы на сепараторах, пальчиковых горках и т.п. В настоящее время в большинстве конструкций отечественных и зарубежных картофелекопателей и картофелеуборочных комбайнов прутковый элеватор остается наиболее распространенным сепаратором почвы [3]. Существенным минусом пруткового элеватора является недостаточная площадь активной зоны, где происходит дополнительное разрушение клубненосного пласта. Эта зона находится только в непосредственной близости от пассивного или активного встряхивателей. В результате остаются неразрушенными достаточно большое количество почвенных комков диаметром свыше 25 мм, что снижает эффективность работы сепарирующего устройства [4]. Разрушение оставшихся комков до сепарируемых размеров (0-25 мм), когда основная масса почвы отсеяна, сопровождается повреждениями клубней. Это объясняется тем, что действие сил сепарирующих органов на разделяемую массу передается как почвенным комкам, так и клубням картофеля. В результате комки разрушаются, а клубни получают механические повреждения [5]. Очевидно, что для обеспечения наилучших условий разрушения комков и исключения повреждения клубней надо стремиться к тому, чтобы характер нагружения и вид деформации комка были такими, при которых разрушение происходило бы с наименьшими усилиями и деформациями. При статическом нагружении допустимой нагрузкой на клубень, которую он выдерживает без повреждений, является усилие 150-250 Н, тогда как почвенные комки выдерживают значительно большую нагрузку. При ударном (динамическом) нагружении допустимой скоростью соударения клубней с металлической поверхностью является скорость 2,2 м/с, при которой разрушается всего 8-13% комков. И все же способ динамического нагружения при разрушении комков более эффективен и имеет преимущественное применение на картофелеуборочных машинах [6]. Наиболее перспективным рабочим органом для разрушения почвенного пласта без повреждения клубней является битер, динамически воздействующий на пласт в момент схода его с лемехов. Установлено, что повреждаемость клубней возрастает с увеличением окружной скорости лопастей битера, но до скорости U = 6,5 м/с рост поврежденных клубней незначителен и составляет 1,5-3,0% от общей массы [7]. Такая окружная скорость неприемлема ни для одного известного комкоразрушающего рабочего органа картофелеуборочных машин. Это отчасти объясняется тем, что клубни составляют всего 2-3% в подкапываемом пласте. С точки зрения минимизации повреждаемости клубней заслуживает внимания прутковый двухрядный битер, у которого прутки второго ряда препятствуют просеиванию мелкой почвы сквозь живое сечение битера, благодаря чему заметно возрастает защитная роль почвы. Однако жесткий металлический пруток не позволяет полностью исключить травмирования клубней, что особенно важно при уборке семенных участков. На кафедре ТСХМ Ивановской ГСХА разработано комкоразрушающее устройство, конструкция которого представлена на рисунке 1. Основу битера составляет трубчатый вал 1, имеющий цапфы 2 и 3, служащие для крепления вала с помощью подшипниковых узлов 5 к боковым продольным балкам рамы картофелеуборочной машины. На левой (по ходу движения) цапфе с помощью шпоночного соединения посажена ступица приводной звездочки 12. К валу битера приварены три диска 15, крайние из которых имеют ребра жесткости 16. Диаметр дисков составляет 240 мм, а их толщина - 10 мм. Каждый из дисков имеет двенадцать сквозных отверстий. Центры наружных отверстий расположены по окружности диаметром Ø180 мм через угол 60°, а центры внутренних отверстий - по окружности Ø120 мм. Отверстия левого диска с внешней стороны рассверлены под конус с целью фиксации узла троса 17 посредством воронкообразной втулки 18. Средний диск имеет отверстия Ø25 мм, в которые вставлены втулки 19, предохраняющие диск от износа при работе битера. В качестве троса был выбран канат 12,0 - гл-в-л-о-н-180 ГОСТ 2688-89. К правому (по ходу движения) концу троса припаян резьбовой наконечник 20, служащий для натяжения троса посредством гайки и контргайки 21. Рис. 1. Схема битера с эластичными прутками: 1 - труба вала; 2, 3 - цапфы; 4 - подшипник; 5 - корпус подшипника; 6 - крышка сквозная; 7 - крышка глухая; 8 - болт; 9 - кольцо стопорное; 10 - уплотнение; 11 - шпонка; 12 - звездочка; 13 - шайба; 14 - болт; 15 - диск; 16 - ребро жесткости; 17 - канат; 18 - втулка воронкообразная; 19 - втулка защитная; 20 - наконечник резьбовой; 21 - контргайка; 22 - втулка; 23 - бандаж резиновый сферического ударника К валу битера приварены три диска 15, крайние из которых имеют ребра жесткости 16. Диаметр дисков составляет 240 мм, а их толщина - 10 мм. Каждый из дисков имеет двенадцать сквозных отверстий. Центры наружных отверстий расположены по окружности диаметром Ø180 мм через угол 60°, а центры внутренних отверстий - по окружности Ø120 мм. Отверстия левого диска с внешней стороны рассверлены под конус с целью фиксации узла троса 17 посредством воронкообразной втулки 18. Средний диск имеет отверстия Ø25 мм, в которые вставлены втулки 19, предохраняющие диск от износа при работе битера. В качестве троса был выбран канат 12,0-гл-в-л-о-н-180 ГОСТ 2688-89. К правому (по ходу движения) концу троса припаян резьбовой наконечник 20, служащий для натяжения троса посредством гайки и контргайки 21. На каждом из тросов свободно надеты двенадцать сферических ударников, состоящих из втулок 22, на которые напекается слой износостойкой резины 23. Предложенная конструкция битера за счет упругой подвески ударников и их эластичной поверхности практически исключает повреждение клубней картофеля и улучшает деформирующие свойства устройства. Последнее обусловлено упругими колебаниями тросов битера, возникающими за счет циклического воздействия ударников на почвенный пласт. Битер, вращаясь, сферическими ударниками наносит удары снизу по наиболее плотной части пласта, структура которого еще мало нарушена. Благодаря этому битер хорошо разрыхляет подкопанный лемехами пласт и отделяет клубни от столонов. Клубни, камни и встречающиеся в гребне инородные тела выталкиваются ударниками битера на поверхность пласта, что значительно облегчает отделение почвы на элеваторе. Важным фактором эффективного использования пруткового элеватора является максимальное использование площади его рабочей поверхности. Поэтому для ориентации подачи разрушенного клубненосного пласта на начало полотна элеватора предусмотрен прорезиненный фартук, снижающий скорость полета массы, выбрасываемой битером. Результаты исследований. В процессе работы любая крайняя точка поверхности битера участвует в двух движениях: относительном (вращаясь относительно оси вала) и переносном (перемещаясь совместно с машиной). Складывая эти два перемещения мы получаем траекторию абсолютного движения крайних точек ударников, которая представляет из себя удлиненную циклоиду (трохоиду). Для определения точки начала взаимодействия элементов битера с нижними слоями клубненосного пласта (рис. 2) продолжим до пересечения с трохоидой линии рабочей поверхности плоского лемеха (тчк. А). По касательной к траектории абсолютного движения крайних точек ударников битера (под углом βт=68° к горизонту) в направлении вектора абсолютной скорости Va начинают двигаться элементы пласта: клубни, камни, почвенные комки, растительные остатки. Величину абсолютной скорости ударников битера можно определить из выражения: Va=U + Vм. (1) Угол βт имеет место лишь в том случае, когда исследуют взаимодействие ударников с элементарным почвенным комком или единичным клубнем. Вследствие того, что подкопанный пласт имеет связность и определенную толщину, при ударе происходит расслоение почвы: нижние слои движутся с большей скоростью, чем верхние. В результате вектор абсолютной скорости полета частиц уменьшает свой угол к горизонтали почти вдвое, т.е. βд ≈34°. Следовательно, изменяется местоположение точки Ад начала отрыва частиц от элементов битера. После взаимодействия ударников с почвенным пластом масса по параболической траектории движется в пространстве до тех пор, пока не коснется поверхности прорезиненного фартука. Уравнение траектории движения частиц имеет следующий вид: (2) где хi - текущее значение перемещения частицы по оси абсцисс, м; g - ускорение свободного падения, м/с2. Подставив в формулу (2) значение хi = 0,025 м получим ординату точки 1*. Для построения траектории движения частиц задаемся еще несколькими значениями xi и полученные значения yi заносим в таблицу 1. Таблица 1 Координаты траектории полета частиц пласта, м xi 0,025 0,050 0,075 0,100 0,125 0,150 0,175 0,200 0,225 0,250 yi 0,0065 0,0130 0,0185 0,0240 0,0290 0,0330 0,0370 0,0410 0,0450 0,0475 xi 0,275 0,300 0,325 0,350 0,375 0,400 0,425 0,450 0,475 0,500 yi 0,050 0,0520 0,0535 0,0550 0,0560 0,0565 0,0570 0,0565 0,0560 0,0550 Исходя из полученной траектории полета частиц и зная межосевое расстояние L между центрами вращения битера и ведомых поддерживающих звездочек пруткового элеватора из компоновочной схемы картофелеуборочного комбайна конструктивно выбираем: расстояние l (расстояние по горизонтали между центром вращения битера и рабочей плоскостью прорезиненного фартука) равное 0,12 м; расстояние h (расстояние по вертикали между центром вращения битера и нижним краем фартука) равное 0,1 м. Выбранные расстояния справедливы только в нерабочем состоянии уборочной машины. При выполнении технологического процесса отброшенная битером почва отклоняет фартук назад по ходу движения агрегата. Для обеспечения подачи клубней и почвенных комков на начало элеватора с целью уменьшения его длины и, следовательно, металлоемкости машины допускаемый угол отклонения γmax не должен превышать 300. Данное условие можно обеспечить регулированием массы металлической пластины, закрепленной в нижней части фартука. Как видно из расчетной схемы на рисунке 2, даже при максимально возможном угле отклонения фартука, частицы пласта будут ударяться о его поверхность, не нарушая выбранный режим работы. Рис. 2. Расчетная схема к определению места установки фартука Заключение. Предложенная конструкция битера с эластичными прутками позволит интенсифицировать процесс сепарации почвы на основном элеваторе картофелеуборочных машин, за счет лучшей деформации клубненосного пласта вследствие возникающих вертикальных колебаний сферических ударников. Кроме того, будет наблюдаться минимальное динамическое воздействие рабочих органов битера на клубни картофеля, что обеспечит их хорошую сохранность. Полученная траектория свободного полета элементов клубненосного пласта даёт возможность оптимизировать место установки фартука-гасителя.

About the authors

V V Voronkov

FSBEI HVE Ivanovskaya SAA of academic D. K. Belyaev

Email: voronkov58@list.ru
senior teacher of the «Tractors and agricultural machinery» department 153022, Ivanovo, Tashkentckaya str., house 77

References

Supplementary files