CC BY
34
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 631.35
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОДБОРЩИКА-ПОГРУЗЧИКА ПЛОДОВ
БАХЧЕВЫХ КУЛЬТУР
А.Н. Цепляев, доктор сельскохозяйственных наук, профессор В.Г. Абезин, доктор технических наук, профессор В.Н. Мутулов, кандидат технических наук
Волгоградский государственный аграрный университет
Разработана технология сплошной уборки плодов бахчевых культур на продовольственные и семенные цели. Создан подборщик-погрузчик плодов бахчевых культур, конструкция которого защищена патентом на изобретение [7], проведены лабораторные и полевые исследования, результаты которых приводятся в настоящей статье.
Ключевые слова: подборщик-погрузчик, планки вкатывателя, угол установки, зона вкатывания, плодоподъемный контур, лопасти.
Уборка плодов бахчевых культур является одной из самых трудоемких технологических операций, затраты на ее выполнение составляют до 50 % от общего объема затрат на возделывание [2, 3, 4, 5, 8].
Разработанная нами конструкция [1] представляет собой подборщик-погрузчик плодов бахчевых культур, который обеспечивает подъем плодов с поверхности почвы и погрузку их в транспортные средства.
Вид А
Рисунок 1 - Транспортерный подборщик-погрузчик: 1 - трактор; 2 - навесная система; 3 - плодоподъемный контур; 4 - рама; 5 - цепной контур; 6 - звездочки; 7 - лопасти; 8 - транспортерный контур; 9 - почвозацепы; 10 - планки; 11 - копирующие колеса; 12 - скатный лоток; 13 - укладчик; 14 - несущий брус; 15 - копирующие колеса; 16 - планки; 17 - несущий брус; 18 - крепление лопастей; 19 - каркас лопасти;
20 - эластичное покрытие; 21 - сетка; 22 - поперечины
Транспортный подборщик-погрузчик плодов бахчевых культур (рис. 1) включает трактор 1, на навесной системе 2 которого установлен плодоподъемный контур 3, который содержит раму 4, охватываемую замкнутым цепным контуром 5, установленным на звездочках 6. К цепному контуру закреплены лопасти 7. Лопасти 7 зафиксированы между цепным контуром 5 и охватывающим его транспортерным контуром 8. Рама 4 отклонена назад в противоположном движению подборщика направлении под углом 70...80о к горизонту, а лопасти 7 расположены на раме 4 к цепному контуру 5 перпендикулярно. Цепной контур 5, охватываемый транспортерным контуром 8 с лопастями 7, представляет собой плодоподъемный контур. Параллелограммная рама 4 имеет кронштейны, с помощью которых она крепится к гидравлической навесной системе 2 трактора 1. Ремни 8 плодоподъемного контура 3 имеют почвозацепы 9 для привода цепного привода 5.
Для подачи плодов в межлопастное пространство плодоподъемного контура 3 предусмотрен вкатыватель, состоящий из планок 10, покрытых эластичным материалом с низким коэффициентом трения о плоды бахчевых культур. Планки смонтированы на опорных копирующих колесах 11. В верхней части плодоподъемного контура смонтирован скатный лоток 12 с укладчиком 13 плодов в транспортное средство или контейнер. Впереди трактора 1 на несущем брусе 14 установлен валкообразователь, включающий опорные копирующие колеса 15. К ним закреплены косопоставленные планки 16. Планки 10 вкатывателя закреплены на несущем брусе 17, зафиксированном к навесной системе 2 трактора 1. Планки 7 плодоподъемного контура закреплены к цепному контуру 5 средствами крепления 18 и включают металлический каркас 19, покрытый с внутренней поверхности эластичным материалом 20. На полках каркаса 19 закреплена эластичная сетка 21. Ремни 8 соединены между собой и зафиксированы поперечинами 22, закрепленному к каркасу 19.
Подборщик плодов бахчевых культур работает следующим образом. После выборочных уборок товарных плодов, для реализации имеющих конъюнктурную рыночную цену, необходимо подобрать с поля все стандартные плоды, пригодные для использования в пищевых целях или переработки на семена, сок и мякоть.
При движении агрегата, плоды, лежащие на поверхности поля, захватываются косопоставленными планками 16 валкообразователя и формируют валок, пропускаемый между колесами трактора 1. Плоды, сформированные в валок, захватываются планками 10 вкатывателя и направляются в межлопастное пространство плодоподъемного контура 3. Плоды, поступившие на ремни 8, захватываются планками 7 и начинают перемещаться ими по ходу движения агрегата. При изгибе транспортного контура 8, плоды, имеющие размер меньше, чем стандартные, проходят между ремнями и остаются на поверхности поля. Стандартные плоды бахчевой культуры поднимаются планками 7 к верхней части плодоподъемного контура 3. При изгибе транспортного контура планки 7 занимают вертикальное положение, и плоды поступают на скатный лоток 12, который имеет уклон к поверхности поля. Плоды, поступившие на скатный лоток, перемещаются к укладчику 13, который направляет их к месту выгрузки.
Разработанная конструкция агрегата позволяет производить подбор плодов с поверхности поля, раздельную уборку нестандартных плодов, погрузку в транспортное средство с минимальным механическим повреждением, при этом существенно упрощается конструкция и компоновка агрегата.
При обосновании параметров подборщика-погрузчика в качестве критерия оптимизации нами принята повреждаемость плодов при условии обеспечения подбора всех стандартных плодов с поверхности почвы [6].
Исследованиями влияния ширины Ь плодосдвигающей планки на повреждаемость плодов арбузов установлено, что ее ширина должна быть равной или большей, чем диаметр подбираемых плодов, так как перемещение плода в вертикальной плоскости приводит к его травмированию о верхний край планки и даже к переваливанию плода через планку.
В результате исследований установлено, что с увеличением ширины планки повреждаемость плодов уменьшается до определенной величины, после которой повреждаемость становится величиной постоянной. Эта величина зависит от диаметра подбираемых плодов и определяется из соотношения Ь = 1.34 dcр. Высота установки плодосдвигающей планки над поверхностью почвы должна обеспечивать захват всех плодов, находящихся на поверхности поля и их транспортирование с укладкой в валок или подачей на плодоподъемный контур.
Эта высота зависит от высоты неровностей поверхности поля, чтобы предотвратить сгруживание почвы перед планкой. В то же время большие величины высоты планки над поверхностью почвы приводят к травмированию плодов минимального размера, находящихся на углублении. За минимальный размер плода принят диаметр равный 15 см согласно агротехнических требований.
По результатам проведенного исследования установлено, что минимальное травмирование плодов до 1 % получено при установке планки над поверхностью почвы высотой 5 см.
При анализе воздействия плодосдвигающей планки на плоды минимального и максимального размера установлено, что при отклонении планки назад от направления движения в усилии воздействия возникает вертикальная составляющая, которая уменьшает силу взаимодействия плода с почвой и соответственно травмирование плодов. Уменьшение угла установки планки к поверхности почвы приводит к увеличению вертикальной составляющей. Однако значительное уменьшение этого угла до острого вызывает повреждение плодов планкой.
Кроме того, уменьшение угла установки вызывает увеличение расстояния от нижней кромки плодосдвигающей планки до оси копирующего колеса, что ухудшает копирование планкой рельефа поля и увеличивает повреждаемость плодов.
Результатами исследований установлен оптимальный угол установки планки к поверхности почвы равный 70о. Угол установки плодосдвигающей планки к направлению движения должен обеспечивать боковое (поперечное) перемещение плодов в сторону плодоподъемного контура, при этом величина перемещения плодов должна быть минимальной с наименьшим травмированием плодов. Угол установки по результатам экспериментальных исследований, при котором обеспечивается минимальное травмирование плодов, равен 45о. Длина плодосдвигающей планки определяет условие копирования рельефа почвы. Для выровненных полей длина планки должна быть равной 80 см. При такой длине планки и ширине захвата вкатывателя 120 см, на несущем брусе должно быть установлено две плодосдвигающих планки под углом 45о. В результате проведения экспериментальных исследований определено, что при недостаточной ширине зоны вкатывания, повреждение плодов достигает значительной величины, а минимальные повреждения обеспечиваются при ширине зоны вкатывания, равной 1,8 м. Для плодов арбуза сорта «Холодок», характеризующегося максимальным размером 328 мм и средним размером 224 мм, оптимальной шириной плодоподъемного контура будет 600 мм. В этом случае Е = 2,7 dcр. При высоте лопастей меньше
максимального размера плодов наблюдается их сгруживание перед зоной вкатывания и травмирование плодов. Оптимальной высотой лопасти для данного сорта плодов будет 500 мм, а сама высота зависит от размера подбираемых.
Исследованиями установлено, что с увеличением шага лопастей повреждаемость плодов уменьшается до определенного предела, а затем остается неизменной. Шаг лопастей должен быть больше максимального размера подбираемых плодов для свободного прохода их в межлопастное пространство. Установлена необходимая ширина зоны выгрузки равная 1000 мм. Эта ширина зависит от размера подбираемых плодов и может быть определена по формуле:
С = 2,2 dср. (1)
По результатам проведенных исследований и полученным эмпирическим формулам предлагается следующая последовательность расчета параметров подборщика-погрузчика. Ширина плодосдвигающей планки Ь = 1, 34 dcр. Угол установки плодосдвигающей планки к направлению движения у = 45о. Длина плодосдвигающей планки 1 = 3,57dcр. Ширина зоны вкатывания В = 8dcр. Ширина плодоподъемного контура Е = 2,7 dcр. Шаг лопастей t = 2,2 dcр. Высота лопастей М = 2,2 dcр. Ширина зоны выгрузки С = 4,5 dcр. Глубина плодоприемного лотка К = 1,6 dcр. Расстояние между ремнями охватывающего контура t = 2,2 dcр. Производительность подборщика-погрузчика:
Wт = 0,1 В У 1см, (2)
где В - ширина захвата, м; У - теоретическая скорость движения, км/ч (м/с); 1см - время смены, ч.
Ширина захвата валкообразователя по результатам исследований составила В = 4,0 м. Теоретическая скорость движения ограничена ударными нагрузками, возникающими при встрече плода с плодосдвигающей планкой. Эта скорость должна быть не более 1,5 м/с, тогда Wт = 0,Г* 4,0 • 5,4 • 7,0 = 15,12 га.
Библиографический список
1. Абезин, В.Г. Агрегат для подбора плодов бахчевых культур [Текст] / В.Г. Абезин, А.Н. Цепляев, В.Н. Мутулов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2006. - № 10. -С. 13-14.
2. Абезин, В.Г. Подборщик плодов бахчевых культур на продовольственные цели [Текст]/ В.Г. Абезин, А.Н. Цепляев, В.Н. Мутулов // Вестник АПК Волгоградской области. -2007. - №1 [269]. - С. 19-20.
3. Абезин, В.Г. Механизация возделывания бахчевых культур на основе ресурсосберегающих почвозащитных технологий [Текст] : дис. д-ра техн. наук: 05.20.01 / Абезин Валентин Германович. - Волгоград, 2003. - 478 с.
4. Абезин, В.Г. Уборка плодов бахчевых культур [Текст]/ В.Г. Абезин, А.Н. Цепляев, Д.В. Скрипкин // Известия Нижневолжского агропромышленного комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2011. - № 2 (22). - С. 155-159.
5. Комплексная механизация бахчеводства на основе инновационных технологий [Текст] / А.Н. Цепляев, В.Г. Абезин, М.Н. Шапров, В.А. Цепляев // Известия Нижневолжского агропромышленного комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2008. - № 4 (12). - С. 172-177.
6. Мутулов, В.Н. Совершенствование технологии уборки и разработка конструкции транспортерного подборщика - погрузчика плодов бахчевых культур [Текст] : дис. канд. техн. наук: 05.20.01/ Мутулов Владимир Николаевич. - Волгоград, 2007. - 174 с.
7. Подборщик-погрузчик плодов бахчевых культур [Текст] : патент № 2332833 С1 Российская Федерация А 01 D 51/00, А 01 D 45/00. / В.Г. Абезин, В.П. Бороменский, А.Н. Цепляев, В.Н. Мутулов // заявл. 30.01.2007, Бюл. № 25. - 7 с.
8. Цепляев, А.Н. Агрономические и технические решения по совершенствованию возделывания бахчевых культур в неорошаемом земледелии [Текст] : дис. д-ра с.-х. наук: 06.01.01; 05. 20. 01 / Цепляев Алексей Николаевич. - Волгоград, 1998. - 375 с.
***** MSBECrMP ***** № 1 (29), 2013
HHXHEBOAXCKOrO ArPOYHHBEPCHTETCKOrO KOMnAEKCA
E-mail: mshaprov@bk.ru
