СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОТДЕЛЕНИЯ КАРТОФЕЛЬНЫХ ПРИМЕСЕЙ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПОПЕРЕЧНОГО ВРАЩАЮЩЕГО ВОРОШИТЕЛЯ КАРТОФЕЛЕКОПАТЕЛЯ Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

number of vehicles, depending on the time of loading and transportation of beets to the place of its storage. Similarly, determine the required number of vehicles for the transportation of tops for feeding purposes. The findings show that the proposed graphical method can be used for other similar works during harvesting and other crops.

Key words: beet, nomogram, traffic, vehicles

1. Izmajlov, A.JU., Lobachevskij, JA.P. Sistema mashin i tehnologij dlja kompleksnoj mehanizacii i avtomatizacii sel'skohozjajstvennogo proizvodstva na period do 2020 goda [Tekst]// Sel'skohozjajstvennye mashiny i tehnologii. - 2013. - № 6. - S. 6-10..

2. Lachuga, JU.F. Nauchno-metodicheskoe obespechenie razvitija fundamental'nyh i poiskovyh nauchnyh issledovanij v oblasti sel'skogo hozjajstva [Tekst]//APK: JEkonomika, upravlenie. - 2015. - № 2. - S. 3-11.

3. Izmajlov A.JU., Makarov V.A. K voprosu obosnovanija tehniko-jekonomicheskogo urovnja sel'skohozjajstvennyhmashinioborudovanija//Sel'skohozjajstvennyemashinyitehnologii.-2016.-№3.-S.17-19.

УДК 631.53.01

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОТДЕЛЕНИЯ КАРТОФЕЛЬНЫХ ПРИМЕСЕЙ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПОПЕРЕЧНОГО ВРАЩАЮЩЕГО ВОРОШИТЕЛЯ КАРТОФЕЛЕКОПАТЕЛЯ

БАЧУРИН Алексей Николаевич, канд. техн. наук, доцент, декан инженерного факультета,Ьа^ипп62@таИги,

РУЗИМУРОДОВ Абдугафор Абдусаторович, аспирант кафедры эксплуатации машинно-тракторного парка, gafor1213@mail.ru

КОСТЕНКО Михаил Юрьевич, д-р техн. наук, профессор кафедры технологии металлов и ремонта машин, kostenko.mihail2016@yandex.ru

ЛИПИН Владимир Дмитриевич, канд. техн. наук, доцент кафедры технических систем в АПК, patent@rgatu.ru

КАЛМЫКОВ Дмитрий Вадимович, аспирант кафедры эксплуатации машинно-тракторного парка, aallff@bk.ru

ГОЛАХОВ Андрей Александрович, аспирант кафедры эксплуатации машинно-тракторного парка

Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева

Прогнозируемый рост урожая картофеля в среднесрочной перспективе обусловлен увеличением доли корпоративного сектора, строительством современных мощностей по хранению и первичной переработке, которые повлияют на увеличение посадочных площадей, а также требования к картофелеуборочной технике. Для снижения затрат труда предлагается модернизация картофелеуборочных машин, а именно сепарирующих рабочих органов, на которые приходится до 80% отделенной почвы. Прутковые элеваторы являются наиболее применяемыми сепарирующими рабочими органами машин для уборки картофеля. Задачей совершенствования предлагаемого пруткового элеватора картофелекопателя является усиление разрушающего воздействия на клубненосный пласт, улучшение сепарации почвы и снижение потерь клубней картофеля. Предложена конструктивная принципиальная схема картофелекопателя, содержащего лемеха, скоростной, основной и каскадный прутковые элеваторы, ходовые и опорные колеса, винтовой механизм для регулирования глубины подкапывания клубненосного пласта, эллиптические звездочки и установленный в направлении движения вороха интенсификатор в виде спиральных пружин, навитых с просветом между витками с правой и левой навивкой, изготовленных из проволоки круглого сечения, поверхности которой выполнены из эластичного материала, например, резины. Использование картофелекопателя с заявляемым интенсификатором, выполненным со спиральными пружинами, позволяет обеспечить измельчение почвенных комков, отрыв столонов от клубней и укладку картофеля за картофелекопателем в валок без раскатывания. В то же время применение интенсификатора со спиральными пружинами может привести к увеличению затрат энергии. Следует уточнить мощность на привод дополнительного рабочего органа и оценить ее влияние на общие энергозатраты агрегата.

Ключевые слова: картофелекопатель, ворошитель, интенификатор, прутковый элеватор, сепарация, лемех, повышение производительности, технологический процесс, совершенствование.

© Бачурин А. Н., Рузимуродов А. А., Костенко М. Ю., Липин В. Д.,Калмыков Д. В., Голахов А. А., 2019 г.

Literatura

Введение

По оперативным данным Минсельхоза России, на начало декабря 2018 года валовой сбор картофеля в хозяйствах всех категорий России составляет 6,7 млн тонн (+4,5% к уровню аналогичного периода 2017 года). Картофеля выкопано с 92,7% площади посадки. Урожайность картофеля в 2018 году составляет 287,5 ц/га, что на 5,4 ц/га выше урожайности 2017 года. Ожидается, что в 2021 году относительно 2017 года рост производства картофеля составит 6,7%, а к 2024 году - 8,3%. Прогнозируемый рост урожая картофеля в среднесрочной перспективе обусловлен увеличением доли корпоративного сектора, строительством современных мощностей по хранению и первичной переработке, которые повлияют на увеличение посадочных площадей, а также повысят качество и конкурентоспособность отечественной продукции.

В настоящее время в Российской Федерации для посадки картофельной культуры отведено примерно 2,14 млн га территорий (около 10% от общемировых). За последние 20 лет площади посадок картофельной культуры увеличились почти на 20%. Средняя урожайность составляет 13 т/га при валовом урожае более 28 млн т [1-4].

Картофельное производство связано с большими трудо- и энергозатратами. При этом на уборку урожая приходится от 60 до 70% всех трудозатрат [5]. Уменьшение данных показателей и повышение эффективности возможно с применением более совершенных технических средств и технологий, отвечающих всем агротехническим показателям и нормам, предъявляемым к машинам для уборки картофеля.

Материалы и методы исследований

Повышения эффективности картофельного производства возможно добиться следующими способами:

- снижением затрат труда на единицу собранного урожая путем улучшения технологий возделывания и уборки;

- увеличением урожайности культуры.

Для снижения затрат труда предлагается модернизация картофелеуборочных машин, а именно сепарирующих рабочих органов, на которые приходится до 80% отделенной почвы. Прутковые элеваторы являются наиболее применяемыми сепарирующими рабочими органами машин для уборки картофеля [6]. Тем не менее, их достаточная производительность и необходимая полнота сепарации зависят от почвенно-климатических условий, поэтому повышение эффективности работы пруткового элеватора картофелеуборочных машин является актуальной научно-технической задачей для сельскохозяйственного производства.

Задачей предлагаемого рабочего органа картофелекопателя является усиление разрушающего воздействия на клубненосный пласт, улучшение сепарации почвы и снижение потерь клубней картофеля.

Техническое решение заключается в том, что разрушающее воздействие на почвенные комки и улучшение сепарации почвы обеспечивается путём установки интенсификатора над каскадным прутковым элеватором, а снижение потерь кар-

тофеля - путём предотвращения раскатывания клубней за картофелекопателем с образованием валка.

Техническое решение достигается тем, что картофелекопатель содержит: лемеха, закрепленные на шатунах, шарнирно установленных на эксцентриках; скоростной, основной и каскадный прутковые элеваторы; ходовые и опорные колеса; винтовой механизм для регулирования глубины подкапывания клубненосного пласта; эллиптические звездочки и установленный над ними в направлении движения вороха интенсификатор, выполненный в виде приводного вала с фланцами. На приводном валу интенсификатора между фланцами установлены спиралевидные пружины сжатия, навитые с просветом между витками с правой и левой навивкой, причём спиралевидные пружины изготовлены из проволоки круглого сечения, а поверхности проволоки выполнены из эластичного материала, например, резины.

Картофелекопатель обеспечивает дополнительное разрушающее воздействие на почвенные комки с образованием за картофелекопателем картофельного валка. Основные особенности установки выражены следующим:

1) интенсификатор установлен над каскадным прутковым элеватором;

2) интенсификатор установлен над каскадным прутковым элеватором с возможностью изменения расстояния между ним и прутками элеватора;

3) на приводном валу интенсификатора между фланцами установлены спиральные пружины сжатия;

4) спиральные пружины навиты с просветом между витками;

5) спиральные пружины выполнены с правой и левой навивкой;

6) спиральные пружины изготовлены из проволоки круглого сечения;

7) поверхности проволоки спиральной пружины выполнены из эластичного материала, например, резины.

На рисунке представлена принципиальная схема картофелеуборочной машины, вид сверху.

1, 3 - лемех; 4 - скоростной прутковый элеватор;5 - основной прутковый элеватор; 6 - каскадный прутковый элеватор;7 - ходовые колеса; 2 - опорные колеса; 12 - приводной вал; 10,14 - фланец;11,13- спиральная пружина; 9,15- подшипник; 8- звездочка Рис. - Принципиальная схема картофелеуборочной машины, вид сверху

Картофелекопатель снабжен лемехами 1 и 3; скоростным 4, основным 5 и каскадным 6 прутковыми элеваторами; ходовыми 7 и опорным 2 колесами. Прутковые элеваторы 4, 5 и 6, предназначенные для измельчения и перемещения клубненосного пласта, отделения почвы от клубней и отсева почвы, расположены один за другим с разницей по высоте. Они представлены в виде решетчатых полотен с замкнутым контуром, верхние ветви, являясь рабочими, движутся от лемехов 1 и 3 к выходу. Спиральные пружины 11 и 13 навиты с просветом между витками, они изготовлены из проволоки круглого сечения и выполнены с правой и левой навивкой. Поверхности проволоки пружин

11 и 13 выполнены из эластичного материала, например, резины.

Приводной вал 12 имеет звёздочку 8, вращается в подшипниковых опорах 9 и 15, и привод его осуществляется цепной передачей от звёздочки, установленной на вал каскадного пруткового элеватора 6. Цепная передача и звёздочка, установленная на вал каскадного пруткового элеватора 6, не показаны.

Картофелекопатель работает следующим образом. При движении его вдоль убираемых рядков подкопанные лемехами 1 и 3 клубненосные пласты поступают на скоростной прутковый элеватор 4. За счет того, что скорость прутков скоростного пруткового элеватора 4 больше, чем скорость самого картофелеуборочного агрегата, клубненосный пласт разрывается на куски и клубненосную почву. Клубненосная почва с почвенными комками перемещается на основной прутковый элеватор 5. Глубину хода лемехов 1 и 3 до 25 см регулируют винтовым механизмом путем изменения положения опорного колеса 2.

Клубненосный пласт, переходя со скоростного пруткового элеватора 4 на основной прутковый элеватор 5, а затем на каскадный прутковый элеватор 6, дополнительно размельчается. Мелкая почва просеивается между прутками.

Не разрушенные почвенные комки и растительные остатки, а также столоны сходят со скоростного пруткового элеватора 4 на основной прутковый элеватор 5. Верхняя ветвь основного пруткового элеватора 5 при движении встряхивается эллиптическими звездочками. Почвенные комки измельчаются, и почва просеивается через сепарирующую поверхность основного пруткового элеватора 5. Клубни картофеля и не разрушенные почвенные комки перемещаются на каскадный прутковый элеватор 6.

При перемещении почвенных комков и клубней картофеля в зоне расположения интенсификато-ра спиральные пружины 11 и 13, выполненные с правой и левой навивкой с просветом между витками, воздействуют на почвенные комки и клубни картофеля. Расстояние между прутками каскадного пруткового элеватора 6 и спиральными пружинами 11 и 13, закрепленными на приводном валу

12 интенсификатора, изменяются гайками.

Клубни картофеля и почвенные комки под воздействием пружин 11 и 13, вращающихся в сторону

элеватора, перемещаются к середине каскадного пруткового элеватора 6. Спиральные пружины 11 и 13 разрушают почвенные комки, отрывают столоны от клубней и в результате происходит интенсивная сепарация почвы на каскадном прутковом элеваторе 6. Клубни картофеля очищаются от почвы спиральными пружинами 11 и 13, перемещаются на середину каскадного пруткового элеватора 6, а затем падают на почву без раскатывания за картофелекопателем, образуя валок.

При работе картофелеуборочной машины на легких почвах, а также на тяжелых почвах влажностью до 27% интенсификатор установлен с возможностью изменения расстояния между ним и прутками каскадного пруткового элеватора 6.

Использование картофелекопателя с заявляемым интенсификатором, выполненным со спиральными пружинами, позволяет обеспечить измельчение почвенных комков, отрыв столонов от клубней и укладку картофеля за картофелекопателем в валок без раскатывания [6].

В то же время применение интенсификатора со спиральными пружинами может привести к увеличению затрат энергии. Следует уточнить мощность на привод дополнительного рабочего органа и оценить ее влияние на общие энергозатраты агрегата.

Результаты исследований

Мощность, которая будет затрачена на работу средств интенсификации сепарации, можно представить в виде двух слагаемых, согласно [7]:

Л,

= ^с + ^д

(1)

где N - мощность, которая затрачивается на отбрасывание почвы, кВт;

N - мощность, которая затрачивается на деформацию почвы, кВт:

ЛТ 10 ~4-к-с-1г-г-п

"д. =-6-■ <2)

где п - частота вращения приводного вала средства интенсификации сепарации, мин-1; z - общее число витков, шт; h - высота картофельного вороха, см; к - удельное сопротивление деформации почвы, МПа. Примем к=0,217 МПа [8];

с - сечение отбрасываемого почвенного

вороха, С1\г Примем с

2-1• со$30° • /ц = 2 • 30 • у • 4,5 = 233,8см2.

Произведем расчет: 10~4-0,217-233,8-4,5-2-297,3

= 1,132 КВТ.

Рассчитаем мощность, которая затрачивается на отбрасывание стружки почвы, следующим образом:

где Ок - скорость клубненосного вороха, м/с, Qn - масса почвы, отбрасываемая за 1 с; 5 - коэффициент отбрасывания, зависящий от формы рабочего органа; 5=0,5 [9].

Определим мой за 1 с,

массу почвы, отбрасывае-согласно следующей формуле:

где V- объем почвы, м3;

Y - плотность почвы, кг/м3; Y=900-1200кг/м3. Произведем расчет:

Тогда:

В свою очередь:

ЛГзат = 1,132 + 0,0026 = 1,158 кВт.

Определим необходимую мощность согласно [10] по следующей формуле:

N

л

где п- общий КПД привода;

Щ = ЧцЧ1

рад

V ПОД)

где пц - КПД цепной передачи; пц=0,94; Пред - КПД конического редуктора; пр Ппод - КПД подшипников; Ппод=0,99.

(5)

(6)

„=0,96;

Произведем расчет:

Тогда результирующая уточненная мощность, которая затрачивается на работу средства интенсификации сепарации, будет составлять:

AL = — = 1,346 кВт.

1р 0.86

Полученные значения мощности свидетельствуют о незначительных энергетических затратах предлагаемого интенсификатора. В то же время, применение картофелекопателя с предложенным интенсификатором позволяет обеспечить измельчение почвенных комков, отрыв столонов от клубней и укладку картофеля за картофелекопателем в валок без раскатывания.

Заключение

Предложена конструктивная принципиальная схема картофелекопателя, содержащего лемеха, скоростной, основной и каскадный прутковые элеваторы, ходовые и опорные колеса, винтовой механизм для регулирования глубины подкапывания клубненосного пласта, эллиптические звездочки и установленный в направлении движения вороха, интенсификатор в виде спиральных пружин, навитых с просветом между витками с правой и левой навивкой, изготовленных из проволоки круглого сечения, поверхности которой выполнены из эластичного материала, например, резины.

Полученные значения мощности свидетельствуют о незначительных энергетических затратах предлагаемого интенсификатора. В то же время

PERFECTION OF THE DEPARTMENT OF POTATO IMPURITIES BASED ON THE APPLICATION OF THE CROSS-ROTATING TURNETER OF THE POTATO

Bachurin Alexey N., of Cand.Tech.Sci., associate professor, dean of engineering faculty

Ruzimurodov Abdugafor A., post-graduate student of Department of exploitation of machine and tractor

применение картофелекопателя с предложенным интенсификатором позволяет обеспечить измельчение почвенных комков, отрыв столонов от клубней и укладку картофеля за картофелекопателем в валок без раскатывания Предложенное техническое решение просто в изготовлении и конструктивном исполнении; в то же время при его использовании улучшается технологический процесс сепарации почвы при работе картофелекопателя не только на легких почвах, но и на тяжелых переувлажненных почвах.

Список литературы

1. Мировой рынок картофеля [Электронный ресурс] / АНО Международный независимый институт анализа инвестиционной политики (АНО МНИАП), 2016. - Режим доступа: httpY/мниап.рф/ analytics/Mirovoj-rynok-kartofela/

2. Мир картофеля: Производства и потребления [Электронный ресурс] / официальный сайт Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН, 2008. - Режим доступа : www.fao. org/potato-2008/ru/world/index.html

3. Минсельхоз выделит до конца 2018 года 614 млн рублей на развитие отечественного семеноводства картофеля [Электронный ресурс] официальный интернет-портал Министерства сельского хозяйства Российской Федерации (Минсельхоз России), 2018. - Режим доступа: http:// mcx.ru/press-service/news/minselkhoz-vydelit-do-kontsa-2018-goda-614-mln-rubley-na-razvitie-otechestvennogo-semenovodstva-kart/

4. Официальный сайт Федеральной службы государственной статистики Российской Федерации, 2018. - Режим доступа: www.gks.ru

5. Бышов, Н.В. Научно-методические основы расчета сепарирующих рабочих органов и повышение эффективности картофелеуборочных машин / Н.В. Бышов // Дис. ... докт. техн. наук. - Москва, 2000. - 414с.

6. Патент на изобретение № 2672492 RU, МПК A01D 17/22 A01D 33/08. Картофелекопатель / Бышов, Н.В. Борычев, С.Н. Костенко, М.Ю. Липин, В.Д. Рузимуродов, А.А - Опубл. 15.11.2018 Бюл.№ 32

7. Кущев, Е. И. Разработка разветвляющихся схем картофелеуборочных машин с обоснованием параметров и режимов сепарирующих устройств / Е.И. Кущев. Дис. ... докт. техн. наук. - Рязань, 1999. - 417 с.

8. Гулиа, М. В., Клоков, В. Г., Юрков, С. А. Детали машин. Учебник - 2 изд., испр. - СПб.: Издательство «Лань», 2010. - 416 с.

9. Листопад, Г. Е. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины / Г.Е. Листопад, Г.К. Демидов, Б.Д. Зонов и др. Под общ. ред. Г.Е. Листопада. - М.: Агропромиздат, 1986. - 688 с.

10. Машиностроение. Энциклопедия. Ред. совет: К.В. Фролов и др. М.: Машиностроение, 1998. - 720 с.

fleet, gafor1213@mail.ru

Kostenko, Mikhail Yu., doctor of technical Sciences, Professor of Department technology of metals and repair of machines, kostenko.mihail2016@yandex.ru

Lipin, Vladimir D., PhD. tech. Sciences, associate Professor of Department of technical systems in agriculture, patent@rgatu.ru

Ruzimurodov Abdugafor A., post-graduate student of Department of exploitation of machine and tractor fleet, gafor1213@mail.ru

Kalmykov Dmitry V Postgraduate Student, Department of Machine and Tractor Park Operation, aallff@ bk.ru

Golahov Andrej A Postgraduate Student, Department of Machine and Tractor Park Operation, aallff@bk.ru

Ryazan state agrotechnological University named after P. A. Kostychev

The projected growth of potato crop in the medium term is due to an increase in the share of the corporate sector, the construction of modern storage and primary processing facilities, which will affect the increase in planting areas, as well as the requirements for potato technology. To reduce labor costs, it is proposed to modernize potato harvesting machines, namely, separating working bodies, which account for up to 80% of the separated soil. Bar elevators are the most used separating working bodies of potato harvesting machines. The task of improving the proposed potato bar elevator digger is to enhance the damaging effects on the tuberiferous formation, improve soil separation and reduce the loss of potato tubers. A constructive schematic diagram of the potato digger is proposed. Potato digger containing plowshares, high-speed, main and cascade bar elevators, running and supporting wheels, a screw mechanism for regulating the depth of undermining of a tuberiferous stratum, elliptical sprockets and installed in the direction of motion of the pile, intensifier in the form of helical springs wound with a gap between turns with right and left winding made of round wire, the surface of which is made of elastic material, such as rubber. The use of the potato digger with the claimed intensifier, made with coil springs, allows for the grinding of soil lumps, the separation of stolons from tubers and the laying of potatoes for the potato digger in a roll without rolling. At the same time, the use of an intensifier with coil springs can lead to an increase in energy costs. It should clarify the power to drive an additional working body and assess its impact on the total energy consumption of the unit.

Key words: potato digger, agitator, intensifier, bar elevator, separation, share, productivity increase, technological process, improvement.

Literatura

1.Mirovoj rynok kartofelya [EHlektronnyj resurs] / ANO Mezhdunarodnyj nezavisimyj institut analiza investicionnoj politiki (ANO MNIAP), 2016. - Rezhim dostupa: http://mniap.rf/analytics/Mirovoj-rynok-kartofela/

2.Mir kartofelya: Proizvodstva i potrebleniya [EHlektronnyj resurs] / oficial'nyj sajt Prodovol'stvennoj i sel'skohozyajstvennoj organizacii OON, 2008. - Rezhim dostupa : www.fao.org/potato-2008/ru/world/index. html

3.Minsel'hoz vydelit do konca 2018 goda 614 mln rublej na razvitie otechestvennogo semenovodstva kartofelya [EHlektronnyj resurs] oficial'nyj internet-portal Ministerstva sel'skogo hozyajstva Rossijskoj Federacii (Minsel'hoz Rossii), 2018. - Rezhim dostupa: http://mcx.ru/press-service/news/minselkhoz-vydelit-do-kontsa-2018-goda-614-mln-rubley-na-razvitie-otechestvennogo-semenovodstva-kart/

4.Oficial'nyj sajt Federal'noj sluzhby gosudarstvennoj statistiki Rossijskoj Federacii, 2018. - Rezhim dostupa: www.gks.ru

5.Byshov, N.V. Nauchno-metodicheskie osnovy rascheta separiruyushchih rabochih organov i povyshenie ehffektivnostikartofeleuborochnyh mashin/N.V. Byshov//Dis. ... dokt. tekhn. nauk. - Moskva, 2000. - 414s.

6.Patentna izobretenie № 2672492 RU, MPKA01D 17/22 A01D 33/08. Kartofelekopatel'/ Byshov, N.V. Borychev, S.N. Kostenko, M.YU. Lipin, V.D. Ruzimurodov, A.A - Opubl. 15.11.2018 Byul.№ 32

7.Kushchev, E. I. Razrabotka razvetvlyayushchihsya skhem kartofeleuborochnyh mashin s obosnovaniem parametrov irezhimov separiruyushchih ustrojstv/E.I. Kushchev. Dis. ... dokt. tekhn. nauk. - Ryazan', 1999. - 417 s.

8.Gulia, M. V., Klokov, V. G., YUrkov, S. A. Detali mashin. Uchebnik - 2 izd., ispr. - SPb.: Izdatel'stvo «Lan'», 2010. - 416 s.

9.Listopad, G. E. Sel'skohozyajstvennye imeliorativnye mashiny/G.E. Listopad, G.K. Demidov, B.D. Zonov i dr. Pod obshch. red. G.E. Listopada. - M.: Agropromizdat, 1986. - 688 s.

10.Mashinostroenie. EHnciklopediya. Red. sovet: K.V. Frolovi dr. M.: Mashinostroenie, 1998. - 720 s.