Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы и задачи исследования 16
1.1. Анализ технологий и средств механизированной уборки белокочанной капусты 16
1.2. Тенденция развития рабочих органов капустоуборочных машин..,.3, 52
1.2.1. Срезающие механизмы 52
1.2.2. Устройства для отвода кочанов из зоны резания 61
'Ijty 1.2.3. Отделители сопутствующих отходов 63
1.3. Особенности механизированной уборки белокочанной капусты в современных условиях 66
1.4. Постановка задач исследований 69
2. Теоретические основы проектирования капусто- уборочной машины, адаптируемой к условиям функционирования . 71
2.1. Обоснование схемы адаптирования капустоуборочной машины.., 71
2.2. Экологические аспекты машинной уборки белокочанной капусты 73
2.3. Моделирование и анализ рабочего процесса машинной уборки капусты 78
2.3.1. Анализ процесса выравнивания растений капусты перед срезом 83
2.3.2. Моделирование процесса взаимодействия растения капусты с режущим устройством 86
2.3.3. Анализ процесса транспортирования кочанов капусты из зоны резания 98
2.4. Основы теории применения колеблющейся рабочей
поверхности в капустоуборочных машинах 102
2.5. Анализ процесса копирования рельефа поля срезающим аппаратом 116
3. Разработка и оптимизация рабочих органов к адаптируемой капустоуборочнои машине. обосно вание схемы машины и технологии ее использования 123
3.1. Разработка срезающих аппаратов 123
3.1.1. Оптимизация параметров механизма привода лифтеров и ножей 133
З.1.2. Обоснование кинематических параметров транспортирующего устройства 138
3.2. Разработка отделителей сопутствующих отходов 146
3.2.1. Обоснование угла наклона стола отделителя отходов 149
3.2.2. Выбор параметров затягивающих вальцов 151
3.3. Разработка технологической емкости. Элементы ее расчета 152
3.4. Устройства для оптимального копирования рельефа поля и методика их расчета 155
3.4.1. Обоснование формы и параметров опорных лыж 163
3.5. Выбор схемы машины и вариантов ее применения 166
3.5.1. Обоснование объема технологической емкости 175
4. Методика и средства экспериментальных исследований 181
4.1. Программа экспериментальных исследований 181
4.2. Оборудование и методика исследования некоторых физико-механических свойств растения капусты и его элементов 182
4.3. Лабораторное оборудование и методика исследования 193
4.3.1. Методика исследования процессов выравнивания и срезания кочанов капусты 200
4.3.2. Методика исследования влияния параметров срезающего аппарата на качество обрезки 202
4.3.3. Методика исследования процесса транспортирования вороха капусты из зоны резания 205
4.3.4. Методика исследования влияния режимов работы отделителя отходов на товарность и повреждаемость
кочанов 207
4.4. Полевые установки и особенности методики полевых исследований 214
4.4.1. Методика полевых исследований 219
4.4.2. Методика эксплуатационно-технологической оценки машины в производственных условиях 225
4.4.3. Методика исследования энергозатрат 229
5. Результаты экспериментальных исследований 231
5.1. Некоторые физико-механические свойства растений капусты 231
5.1.1. Сопротивление кочанов качению по ровной поверхности 231
5.1.2. Сопротивление растений капусты к отгибу и тереблению 236
5.1.3. Упругие свойства кочерыг 240
5.1.4. Оценка адекватности физической модели и растений капусты 243
5.2. Анализ процессов выравнивания и срезания кочанов капусты 245
5.3. Влияние основных параметров срезающего аппарата на качество обрезки 250
5.4. Влияние параметров транспортирующего устройства на процесс отвода вороха капусты из зоны резания 256
5.5. Влияние режимов работы отделителя отходов на выход товарной продукции и повреждаемость кочанов 262
5.6. Агротехнические, эксплуатационно-технологические и энергетические показатели капустоуборочной машины в адаптируемых вариантах 266
6. Практическая реализация и экономическая оценка результатов исследований 275
6.1. Реализация результатов исследований на практике 275
6.2. Показатели экономической эффективности 282
Общие выводы и рекомендации 292
Литература 298
Приложения 321
- Анализ технологий и средств механизированной уборки белокочанной капусты
- Экологические аспекты машинной уборки белокочанной капусты
- Оптимизация параметров механизма привода лифтеров и ножей
- Оборудование и методика исследования некоторых физико-механических свойств растения капусты и его элементов
Введение к работе
Актуальность исследования. Овощеводство играет важную роль в решении продовольственной проблемы страны, но является трудоемкой отраслью сельского хозяйства [76, 111, 151]. В этой связи во многих странах мира обращают пристальное внимание на его техническое вооружение [97, 119,124,146,182].
В России к концу 80-х годов в основном была решена проблема механизации процессов возделывания и уборки основных овощных культур. Уровень механизации в отрасли овощеводства достигал 75% [126], Для возделывания и уборки основных овощных культур были разработаны комплексы машин.
Это стало возможным благодаря самоотверженному труду коллективов НИИОХ, ВИСХОМ, НИПТИМЭСХ НЗ РСФСР, УкрНИИМЭСХ, ВНИИОБ, конструкторов ГСКБ по машинам для овощеводства (г. Москва), ученых многих вузов и инженеров машиноиспытательных станций.
Велик личный вклад в деле механизации уборочных процессов в отрасли овощеводства ученых и конструкторов Бакулева Л. С, Хвостова В. А., Колчина Н. Н., Тихонова Н. И., Молокова Б. М., Попова А. А., Рейнгарта Э. С, Бекетова П. В., Шайманова А. А., Романовского Н. Н., Романовского Н. В., Землянова Л. С, Сивашинского И. И., Крутских Б. Н., Егорова И. Н., Орлова В. А., Шумера А. Р., Савченко И. Ф.,Ларюшина Н. П., Максимова Л. Н, Белова В.В. и др.
В ходе экономических реформ 90-х годов и позже положение с оснащением овощеводства машинами не улучшилось [87,89]. Наоборот, в период формирования в сельском хозяйстве рыночных отношений обострились вопросы эффективного использования технических средств в овощеводстве [101]. Разработанные ранее технологии и технические средства для уборки овощей в современных динамично изменяющихся условиях стали экономически невыгодными, экологически опасными [126].
*
Это объясняется тем, что в течение многих лет бытовала тенденция разрабатывать технологии и технические средства для уборки овощей под стабильные условия их функционирования. В результате разработанные технологии и технические средства оказались не приспособленными к современным динамично изменяющимся условиям, следовательно, недостаточно эффективными в современных условиях.
№
В этой ситуации некоторые ученые считают необходимым дать приоритет иностранным компаниям [89,126]. Однако, как показывает практика, использование иностранной техники в агроклиматических ландшафтах нашей страны не всегда возможно технологически и экономически выгодно [131, 146]. Поэтому они не находят широкого применения у овощеводов. В настоящее время в большинстве случаев овощную продукцию убирают вручную. Это обстоятельство отрицательно сказывается на развитии отрасли и ее экономике. Так, себестоимость производства овощей растет из года в год. В последние годы рентабельность производства овощей не превышает 20% [126], а во многих регионах эта отрасль является убыточной, что не позволяет вести рациональное воспроизводство. В то же время уровень производства овощей по отношению к норме потребления составляет в настоящее время в России лишь около 70% [100].
Задача дальнейшего повышения уровня обеспеченности населения
овощами, особенно жителей крупных промышленных центров может быть
решена, прежде всего, при увеличении товарного производства основных
овощных культур, в частности белокочанной капусты, так как она занимает
одно из первых мест среди овощей на большей части территории России [77,
91, 125, 129]. Однако дальнейшее увеличение объемов производства капусты
в современных условиях не, представляется возможным без экономически
$ j оправданных и экологически безопасных технических средств.
В этой связи создание эффективной экологически безопасной тех-нологии и технических средств для уборки капусты, адаптируемых к изменяющимся условиям функционирования, стало актуальной в ово-
.8 щеводстве научно-технической проблемой, имеющей важное хозяйственное значение [17, 21, 22,170].
Следует заметить, что обозначенная в работе проблема в настоящее время не оставляет равнодушными многих ученых. Подтверждением тому является формирование в настоящее время в отрасли овощеводства новой системы машин и технологий согласно заданию РАСХН: «Разработать новое поколение экологически безопасных, ресурсосберегающих машинных техно-логий, создать комплекс конкурентоспособных технических средств и высокоэффективных агротехнических и биологических приемов для устойчивого производства овощной продукции в открытом грунте, адаптированных к основным природным зонам товарного производства овощей». Данная отраслевая программа рассчитана на период до 2010 г. Координатором программы является Всероссийский научно-исследовательский институт овощеводства (ГНУ ВНИИО). В выполнении этой программы в части заданий 03.01 и 03.02 участвует также ФГОУ ВПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия».
Цель исследования. В связи с вышеизложенным целью диссертационного исследования является разработка научно-методических основ и средств адаптирования машин для уборки капусты к изменяющимся условиям функционирования, обеспечивающих повышение эффективности их использования.
Объект и предмет исследования. В работе объектом исследований являются процессы механизированной уборки капусты в целом; составляющие рабочего процесса капустоуборочной машины: процессы подвода растений капусты к режущему устройству, взаимодействия растений капусты с режущим устройством, отвода кочанов из зоны резания, отделения сопутствующих отходов от кочанов, процесс копирования срезающими аппаратами рельефа поля; экспериментальные и опытно-производственные образцы ка-пустоуборочной машины и ее рабочих органов.
В соответствии с поставленной целью предметом исследований стали закономерности функционирования капустоуборочной машины в адаптируемых вариантах, а также зависимости ее количественных и качественных показателей работы от конструктивно-кинематических параметров рабочих органов.
Теоретические и методологические основы исследований. Вопросы создания адаптивных технологий и технических средств в овощеводстве, проблемы экологизации имели место еще со времен зарождения этой отрасли. Фундамент развития отрасли овощеводства по принципу адаптивности к природным условиям был заложен учеными А. Т. Болотовым, Е. Г. Грачевым, Р. И. Шредеррм, С. И. Жегаловым, Н. И. Кичуновым, В. И. Эделыптей-ном и др. Эти вопросы получили дальнейшее развитие в монографии академика С. С. Литвинова [127].
Вопросы адаптивности и экологизации в овощеводстве стали более значимыми в связи с механизацией уборочных процессов.
В период становления рыночных отношений в сельском хозяйстве наиболее острыми стали вопросы адаптирования технических средств к изменяющимся условиям их функционирования. Такого мнения придерживаются в настоящее время многие ученые. Оно нашло отражение в работах Н. И. Тихонова [182, 188], С. С. Литвинова, А. А. Шайманова [128], В. А. Хвостова, Э. С. Рейнгарта [150], Э. Д. Галушко [89], И. Ф. Савченко [163] и др.
Обозначенное направление работ является новым и недостаточно изученным. При создании адаптивных технологий не в полной мере учитываются связи технологий с экологическими проблемами, не разработаны основополагающие принципы проектирования адаптируемой машины. Однако следует заметить, что проведенные названными учеными исследования составили основу данной диссертационной работы.
В работе теоретические исследования базировались на методах механико-математического моделирования технологических процессов.
Экспериментальные исследования проводили в лабораторных, лабора-торно-полевых и производственных условиях.
Лабораторные исследования выполнены на специальной установке (авт. св. №1272148 [63]) по планам многофакторного эксперимента методом физического моделирования технологических процессов с помощью электрической измерительной и регистрирующей аппаратуры.
Полевые исследования проводили по методикам, изложенным в РД 10.8.7-89 и ОСТ 70.8.7-83. Производственная проверка разработанных изделий осуществлялась согласно ГОСТ 24055-88 и ГОСТ 24057-88. Для оценки энергозатрат использованы тензометрические методы.
Результаты опытов обрабатывали методами регрессионного и корреляционного анализа, а также используя приемы математической статистики на ПЭВМ.
Научная новизна работы. Обоснована новая концепция создания экономически эффективной, экологически безопасной технологии уборки капусты на базе многовариантных машин, адаптируемых к изменяющимся условиям функционирования.
Разработаны и исследованы модели рабочего процесса машинной уборки капусты. В результате выявлены его закономерности, заключающиеся в следующем:
выравнивание растений капусты в процессе подвода к режущему устройству сопровождается продольным отгибом, вызывающим в последующем косой срез кочерыг и нарушение технологического процесса машины;
взаимодействие растения капусты с режущим устройством протекает в напряженном состоянии его геометрических связей, что не позволяет качественно срезать кочаны рубкой при малых скоростях резания;
процесс отвода кочанов из зоны резания волоком по пассивной поверхности сопровождается значительными сопротивлениями и ухудшается с увеличением угла наклона ее к горизонтали;
при подводе растений капусты к режущему устройству и отводе кочанов из зоны резания на колеблющихся рабочих поверхностях происходит снижение силы трения в их относительном скольжении за счет асимметрии колебаний объекта воздействия (растения капусты, кочана);
в потоке при перекатывании кочанов на движущемся полотне транспортера, а также на встречно вращающихся и прижимающихся друг к другу вальцах происходит отделение их от сопутствующих отходов.
Разработаны научно-методические основы проектирования и расчета капустоуборочной машины, адаптируемой к изменяющимся условиям функционирования, включающие: схему адаптирования, принципы построения технологической схемы машины, новое направление работ по созданию ее рабочих органов на основе колеблющихся рабочих поверхностей, методики расчета основных параметров рабочих органов.
Разработаны технологические схемы, конструкции адаптируемой машины и ее рабочих органов. Обоснованы их конструктивно - кинематические параметры.
Предложена многовариантная более безопасная экологически технология машинной уборки капусты, определены ее основные параметры.
Исследованы малоизвестные физико-механические свойства растений капусты и их элементов.
Технические и технологические решения защищены 26 охранными документами патентных ведомств СССР и Российской Федерации.
Практическая значимость работы. В работе наибольшую значимость для практики имеют разработанная экологически ориентированная многовариантная технология машинной уборки капусты (патент Российской Федерации на изобретение №2253215); новое направление в разработке рабочих органов адаптируемой капустоуборочной машины на основе колеблющихся рабочих поверхностей, представленное авт. св. №1097230 [56], №1175389[60], №1586591 [67] и патентом 2231248 [145]; созданные техни-
12 ческие средства; основы их расчета и проектирования, а также средства их экспериментального исследования.
В совокупности прикладная ценность работы подтверждается следующей реализацией результатов исследований:
результаты теоретических и экспериментальных исследований, а также технические решения по авт. св. №1175389, №1263208 использованы ГНУ СЗНИИМЭСХ при модернизации серийной капустоуборочной машины УКМ-2, разработке и изготовлении капустоуборочной машины МКП-2А; ПО «Плодсельхозмаш» (г. Кишинев) при разработке капустоуборочной машины УКМ-2А; ГП ГСКБ по машинам для овощеводства (г. Москва) при разработ-ке двухрядной и трехрядной капустоуборочных машин;
капустоуборочная машина УКМ-2А, изготовленная в ПО «Плодсельхозмаш» под заводским номером 710 в соответствии с техническим решением по авт. св. №1175389 прошла предварительные испытания в Северо-Западной Государственной зональной машиноиспытательной станции и показала более качественные эксплуатационно-технологические показатели по сравнению с базовой машиной;
технические решения по авт. св. №1080781 и №1066491 реализованы при разработке отделителя сопутствующих отходов; материалы исследований, техническая документация и опытный образец отделителя сопутствующих отходов переданы НИИОХ (ныне ГНУ ВНИИО) для дальнейшего использования;
технические решения по авт. св. № 1586591 и №1175389 реализованы при разработке и изготовлении капустоуборочной машины с барабанным прижимным устройством; материалы исследований по ней и техническая документация переданы ГСКБ по машинам для овощеводства;
- технические решения по патенту №2231248 и авт. св. №1175389,
№1586591 реализованы в новом срезающем аппарате капустоуборочной ма
шины; результаты исследований по ней и техническая документация переда-
ны ГНУ ВНИИО, ГП ГСКБ по машинам для овощеводства для использования при модернизации капустоуборочных машин;
результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при разработке рекомендаций по адаптированию капустоуборочной машины к изменяющимся условиям функционирования, которые приняты для практического использования ГП ГСКБ по машинам для овощеводства и ГНУ ВНИИО;
элементы разработанной технологии уборки капусты и опытные образцы адаптируемой капустоуборочной машины используются в хозяйствах Ленинградской области и Чувашской Республики;
техническое решение по авт. св. №1272148 реализовано при разработке стенда для исследования рабочих органов капустоуборочных машин; стенд внедрен в лаборатории технологии и механизации производства овощей НИПТИМЭСХ НЗ РСФСР (ныне ГНУ СЗНИИМЭСХ);
результаты исследований, как справочный материал, вошли в пособие «Справочник конструктора машин для уборки и послеуборочной обработки овощей и корнеплодов» (авторы В. А. Хвостов, Э. С. Рейнгарт, Н. Н. Колчин) [194];
лабораторная установка, опытные образцы рабочих органов капустоуборочной машины, разработанные в ходе исследований, используются в учебном процессе и при выполнении НИР на кафедрах «Сельскохозяйственные машины» и «Общеинженерные дисциплины» ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА».
Основные положения, выносимые на защиту:
Научная концепция создания экономически эффективной, экологически безопасной технологии уборки капусты на базе многовариантных машин, адаптируемых к изменяющимся условиям функционирования.
Методики теоретических и экспериментальных исследований рабочего процесса машинной уборки капусты с помощью структурных и физиче-
ских моделей; выявленные при этом закономерности рабочего процесса машинной уборки капусты.
Научно-методические основы проектирования и расчета капустоубо-рочной машины, адаптируемой к изменяющимся условиям функционирования, включающие схему адаптирования; принципы построения технологической схемы машины; новое направление работ по созданию рабочих органов к машине на основе колеблющихся рабочих поверхностей; методики расчета основных параметров рабочих органов машины.
Научно-технические разработки: принципиальные схемы и конструкции рабочих органов адаптируемой капустоуборочной машины; их рациональные конструктивно-кинематические параметры; конструктивно-технологические схемы адаптируемой капустоуборочной машины; конструкции средств лабораторных и полевых исследований.
Технологические разработки: многовариантная, экологически более безопасная технология машинной уборки капусты; параметры технологии.
6. Справочный материал: результаты исследований физико-
механических свойств растения капусты и ее элементов.
Апробация результатов исследования. Материалы диссертации доложены и обсуждены на итоговых научно-практических конференциях Чувашского ГСХА (1980...1983, 1987...2003 г. г.), Великолукского СХИ (1986 г.), на технических советах ГСКБ по машинам для овощеводства (Москва, 1985, 1989 г.), Украинского научно-исследовательского института механизации и электрификации сельского хозяйства (1987 г.), на юбилейной научно-практической конференции Казанского ГСХА (2000 г.), на всероссийских научных и научно-методических конференциях «Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства» (Пенза, 2003 г.), «Ресурсосберегающие и экологически безопасные технологии и агроприемы выращивания, хранения овощных и бахчевых культур» (Верея, Московская область, 1999 г.), на межрегиональных научно-практических конференциях «Плодородие почвы — основа высокоэффективного земледелия» (Чебоксары, 2000 г.), «Проблемы
использования ресурсов агропромышленного производства» (Чебоксары, 1998 г.), на международных научно-практических и научно-технических конференциях «Машинные технологии и новая сельскохозяйственная техника для условий Евро-Северо-Востока России» (Киров, 20 00 г.), «Научное обеспечение отрасли овощеводства (проблемы, достижения, перспективы)» (Верея, Московская область, 2002 г.), «Проблемы агропромышленного комплекса» (Волгоград, 2003 г.), «Достижения вузовской науки - агропромышленному производству» (Москва, 2003 г.), «100 лет механизму Беннетта» (Казань, 2003 г.), «Совершенствование средств механизации и технического обслуживания в АПК» (Чебоксары, 2003 г.).
Результаты теоретических и экспериментальных исследований отражены в 72 печатных работах, в т.ч. 43 работы соответствуют требованиям п. 11 «Положения о порядке присуждения ученых степеней»; 9 работ опубликовано в ведущих журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования РФ. Общий объем публикаций составляет 25,3 п.л., 75% которого принадлежит лично соискателю.
Диссертация состоит из введения, 6 разделов, общих выводов, 61 приложения и списка литературы из 216 наименований. Общий объем диссертации 397 страниц, в т. ч. на 320 страницах изложен основной текст со 142 рисунками и 21 таблицей.
Автор выражает благодарность научному консультанту, доктору технических наук профессору Белову В.В., кандидатам технических наук Тонче-вой Н.Н., Андрееву В.И. и Романовскому Н.Н. за ценные советы и техническую помощь, оказанную в процессе работы над диссертацией.
Анализ технологий и средств механизированной уборки белокочанной капусты
Белокочанная капуста - самая доступная, богатая витаминами продукция, является одной их основных овощных культур, выращиваемых в нашей стране с давних времен [91].
В дореволюционной России производством капусты занимались мелкие индивидуальные хозяйства. Площади под капустой в них в основном были меньше 1 га. Процессы возделывания и уборки осуществлялись исключительно вручную с применением огородного инвентаря преимущественно кустарного изготовления.
Рост населения в начале XX века, создание крупных городов и поселков в России под лозунгом индустриализации страны предопределили увеличение потребности в овощах, расширение посевов овощных культур, перевода отрасли на чисто полевые земли с достаточно большими контурами. В этих условиях объемы возделывания белокочанной капусты также возросли. Так, в 80-х годах в СССР белокочанная капуста возделывалась на площади 270...280 тыс. га [129]. Из них 70...80% занимали средние и поздние сорта [106]. Валовой сбор капусты ежегодно превышал 6 млн. т [77].
В те годы площадь, занимаемая капустой, сосредоточилась в специализированных хозяйствах овощного направления. В пригородных хозяйствах ее выращивали на площадях 150..,200 га, в специализированных хозяйствах — на 500.,.600 га [91]. Так, по производству белокочанной капусты в 80-х го-дах прошлого столетия Россия была в числе первых среди развитых стран. В результате такой концентрации производства появились условия для механизации ее основных производственных процессов. К тому же организация крупномасштабного производства капусты без механизации производственных процессов была немыслима. В первую очередь в товарном производстве ее были механизированы операции подготовки почвы под посадку, высадки рассады и ухода за растениями в период вегетации. Несмотря на достигнутые успехи, белокочанная капуста продолжала оставаться в долгое время трудоемкой культурой. В среднем по стране на 1 га площади тратился 560...650 чел. часов [107]. Из них около 60% приходилось на уборку урожая. Это объясняется характерной особенностью возделывания белокочанной капусты — высокой ее урожайностью (до 70 т/га).
Высокие затраты труда требовали привлечения большого количества рабочей силы в напряженный осенний период, часто в неблагоприятных погодных условиях, не позволяли выполнять уборочные работы в оптимальные агротехнические сроки, снижали рентабельность производства в целом, ограничивали дальнейший рост объемов производства белокочанной капусты.
Учитывая имеющиеся трудности и наличие потенциальных возможностей, а также жизненно важное значение белокочанной капусты среди других овощных культур, процесс механизированной уборки ее посчитали важной научно-технической проблемой (проблема ГКНТ СССР 051.18, утвержденная на 1981... 1985 гг.).
Над реализацией этой государственной программы работали коллективы ряда научно-исследовательских институтов, учебных вузов и конструкторских организаций: ВИСХОМа, НИИОХа, НЖ1ТИМЭСХ НЗ, Укр. НИИ-МЭСХ, ДальНИИСХ, Чувашского СХИ, ЧИМЭСХА, Саратовского ГАУ, ГСКБ по машинам для овощеводства, Николаевского филиала ГСКБ и др. В этот период интенсивно проводились работы по созданию капустоуборочной техники в США, ФРГ, ГДР, Дании и в других странах.
В результате кропотливого труда ученых, конструкторов и производственников разработаны различные механизированные технологии (рис. 1.1.) и средства механизации [142].
В разный период развития овощеводства некоторые из них нашли достаточно широкое применение на практике.
Одним из старинных и широко известных способов является уборка капусты с использованием средств малой механизации: транспортеров и платформ разной конструкции (рис. 1.1, а). Транспортеры применяются успешно на уборке белокочанной капусты и в настоящее время [101].
Сущность данного способа заключается в следующем. Перед сборщиками движется вдоль убираемых рядков платформа или транспортер (навесной, прицепной или самоходный) со скоростью, равной средней скорости перемещения сборщиков. Рабочие-сборщики срезают и укладывают кочаны на транспортер или на платформу навалом или в таре. Периодически эти средства разгружают на межквартальных дорогах, в конце поля или в местах сортировки и отправки готовой продукции.
Кочаны с транспортеров могут также перегружаться в рядом идущее транспортное средство.
На уборке капусты по данной схеме в нашей стране используют универсальные овощные платформы ПОУ-2, НПСШ - 12А, ТТП-12, а также широкозахватные овощные транспортеры разной конструкции, выпущенные отечественной промышленностью в разные годы серийно.
Универсальная прицепная овощная платформа ПОУ- 2 [76] представляет собой саморазгружающийся с помощью гидроцилиндров кузов (рис. 1.2), агрегатируется с трактором Т-25А или Т-40 с узкими колесами.
При уборке капусты агрегат передвигается по междурядиям капусты. Поэтому на передних и задних колесах трактора, а также на колесах овощной платформы монтируют стеблеподъемники, которые предохраняют растения капусты от повреждений.
Платформу обслуживают 8 человек: двое сзади и по трое с боковых бортов. Агрегат движется в работе со скоростью 0,05...0,33 м/с. Сборщики, $ Ml передвигаясь с такой же скоростью, срезают кочаны и бросают в кузов. На поворотной полосе кузов платформы поднимается и опрокидывается, кочаны выгружаются в транспортное средство.
Экологические аспекты машинной уборки белокочанной капусты
Адаптируемость капустоуборочной машины к условиям функционирования определяется прежде всего ее конструктивно-технологической схемой и техническим уровнем. Она должна отвечать следующим требованиям: - в машине необходимо предусмотреть выполнение уборочных работ по нескольким технологическим схемам в зависимости от объемов возделывания капусты в хозяйстве, схемы заготовки продукции и качества агрофона (выравненное, степени засоренности поля, полегания кочанов, сорта капусты, влажности почвы и др.); - машина должна быть рассчитана как на ограниченные объемы работ (на небольшую производительность), так и на значительные объемы работ (на высокую производительность), т. е. должна иметь высокую технологическую надежность в широком диапазоне рабочих скоростей при переменной ширине захвата (рядности); - технология механизированной уборки капусты должна быть экологически более безопасной, многовариантной, гибкой и простой в организации работ.
Адаптирование капустоуборочных машин к изменяющимся условиям функционирования базируется на технологических и технических основах. Поэтому необходимо в первую очередь изыскать рациональную схему технологического процесса механизированной уборки капусты, разработать эффективные рабочие органы к адаптируемой машине. При этом необходимо учитывать взаимообусловленность технологических и технических основ адаптирования. Так, например, капустоуборочная машина выполняет рабочий процесс по определенной схеме, зависящей от технологии механизиро ванной уборки. При этом эффективность работы машины зависит от технического уровня ее рабочих органов.
Адаптирование капустоуборочной машины должно быть направлено на создание экологически более безопасной, экономически высокоэффективной технологии, т. е. при этом должны учитываться экологические и экономические аспекты.
Следует заметить, что степень экологической безопасности и экономические показатели работы машины в свою очередь зависят от технологических и технических основ, заложенных в ее конструктивно-технологическую схему. Исходя из изложенных требований, предъявляемых к машине, определены основные принципы ее адаптирования к изменяющимся условиям функционирования. Ими являются: - гибкость и многовариантность технологической схемы машины; - изменяемость эксплуатационно-технологических параметров машины в зависимости от условий функционирования; - ориентированность технологии механизированной уборки капусты на экологическую безопасность и максимальную экономическую эффективность.
Белокочанную капусту механизированно убирают в поздние календарные сроки, часто в условиях повышенной влажности. При этом, как и при уборке других культур, созревающих в ранние календарные сроки, уборочный агрегат традиционно сопровождают транспортными средствами. В результате почва сильно уплотняется под колесами технологических агрегатов, особенно в условиях переувлажненной почвы и слабой проходимости технических средств [19].
Как показывают исследования, уплотнение почвы происходит не только в пахотном слое, но и в подпахотном. Поэтому механическое воздействие технологических агрегатов на почву не должно рассматриваться только в виде уплотняющего воздействия, одновременно с этим происходит разрушение ее структуры, снижается плодородие. Оно не может быть восстановлено полностью даже при послеуборочной обработке. Поэтому возникает опасность постепенной деградации почв. В этой связи целесообразно анализировать это явление подробнее.
Масштабы и интенсивность уплотнения почвы могут быть полнее оценены путем изучения схемы движения уборочных агрегатов и транспортных средств на поле. На рис. 2.2 показаны схемы движения агрегатов «всвал» и «вразвал» при поточной уборке капусты.
Для работы уборочных агрегатов по представленным схемам поле разбивают на загоны шириной В3. Вдоль каждого загона с обеих сторон, а также в начале и конце загонов капусту убирают вручную, образуя полосы первого прохода шириной В] и поворотные полосы шириной Вп.
Масштабность фактора уплотнения почвы в загоне можно количественно оценивать отношением г\ площади следов S колес технологических агрегатов к площади загона 5з
Оптимизация параметров механизма привода лифтеров и ножей
В работе установлено, что при машинной уборке белокочанной капусты технологически и технически выгодно выравнивать полеглые растения капусты перед срезом под действием колеблющегося клина, резание кочерыг производить при жестком подпоре, кочаны отводить из зоны резания на активных (колеблющихся или движущихся поступательно) рабочих поверхностях.
По указанному принципу работают срезающие аппараты, созданные для адаптируемой капустоуборочной машины в исполнениях 1 (рис. 3.1), 2 (рис. 3.2) и 3 (рис. 3.3). Сборочные узлы их во многом одинаковы, различие заключается в устройстве для фиксации кочанов внутри аппарата и в устройстве для отвода кочанов из зоны резания. Аппарат для среза кочанов капусты и подачи их на приемную часть І "V) элеватора машины состоит из рамы 1, устройства 2 для фиксации кочанов. Последнее в исполнениях 1 и 3 выполнено в виде прижимного транспортера, в исполнении 2 - в, виде барабана. Аппарат также содержит лифтеры 3, боко В рассмотренных срезающих аппаратах для отвода кочанов из зоны резания предусмотрены разные по конструкции и принципу действия устройства.
В срезающем аппарате исполнения 1 устройство для отвода кочанов из зоны резания выполнено в виде кинематически связанной пары, состоящей из прижимного полотна 1 и активных лотков 2, установленных в противофа-зе на эксцентриковом кривошипном валу 3 с возможностью совершать воз В срезающем аппарате исполнения 3 устройство для отвода кочанов и сопутствующих отходов из зоны резания представлено в виде кинематической пары, состоящей из прижимного полотна 1 и ленточного транспортера 2 (рис. 3.5, б). Кроме того, перед ленточным транспортером размещен переходник 3 с фигурной передней кромкой, плотно прилегающей к поверхностям ножей и направляющих в срезающем аппарате.
Прижимное устройство, смонтированное в верхней части рамы срезающего аппарата, служит для фиксации и транспортирования кочанов внутри срезающего аппарата. От его конструкции и работы непосредственно зависит качество срезания кочанов и надежность выполнения технологического процесса [35].
В срезающих аппаратах исполнений 1 и 3 оно выполнено в виде прижимных транспортеров, полотна которых имеют разные конструкции. : V На рис. 3.6. показан первый вариант полотна прижимного транспортера. Оно содержит тяговые контуры 1, элементы для фиксации кочанов, выполненные в виде пластин 2.
Пластины 2 широким концом закреплены на тяговых контурах шар-нирно, а узким концом соединены между собой шнуром 3. При этом на каждой пятой пластине установлены пружинные натяжные устройства 4, под г держивающие шнур постоянно в натянутом состоянии.
Другой вариант прижимного устройства, выполненного из прорезинен-ных жестких дуг 1, шарнирно установленных через промежуточное звено 2 на бесконечных тяговых контурах 3 и соединенных между собой упругим шнуром 4, показан на рис. 3.7. В нем упругий шнур состоит из двух жил. Одна из них является рабочей. Другая, заправленная слабо, служит для предотвращения западання дуг на подвижные узлы в случае обрыва рабочей жилы,
Наиболее практичным оказалось полотно, выполненное в виде сетки, сплетенной из резиновых строп 1 (рис. 3.8). В нем резиновые стропы закреплены с помощью специальных наконечников 2 к тяговым цепям 3. При этом концы строп завязаны в узел, размещены в наконечниках 2 в стесненном состоянии, что препятствует развязыванию их.
Прижимное полотно в виде сетки из строп применялось в отечественных капустоуборочных машинах МСК-1 и МКП-2. Однако конструкция считалась технически ненадежной из-за спадания тяговых цепей со звездочек во время работы машины.
Устраняя этот недостаток, нами установлены на тяговых цепях через каждые одиннадцать звеньев дуги жесткости 4 кривизной, направленной во внутрь тягового контура. Тем самым, как показали исследования [33], конструкция оказалась технически и технологически надежной.
Оборудование и методика исследования некоторых физико-механических свойств растения капусты и его элементов
В капустоуборочной машине на элеватор поступает вместе с кочанами капустный лист, остатки растительности и другие отходы. Сопутствующие отходы составляют в среднем 15.. .20% от общей массы [2].
Кроме того, на элеваторе машины окажется часть кочанов с розеточ-ными листьями [12,36].
Согласно ГОСТ 1724 -67 в товарной продукции не должны содержаться отходы. К тому же при наличии отходов кочаны дополнительно загрязняются во время уборки, продукция перегревается при хранении из-за слабой циркуляции воздуха в массе, поэтому отходы должны быть отделены от кочанов в уборочной же машине.
Для этого проведены поисковые работы по решению данной проблемной задачи и найдены соответствующие технические решения (авт. св. №913984, №933033, №986337, №1066491 и №1080781). . Из них наиболее практичные в конструктивном исполнении и вписываемые в машине представлены ниже.
Устройство для отделения кочанов от сопутствующих отходов по авт. св. №1080781 (рис. 3.18) содержит смонтированный на раме ленточный транспортер 1, поперек которого расположен с зазором барабан 2 со спиральной навивкой 3.
В данном устройстве сепарируемый ворох, содержащий листья, растительные остатки, перемещается по транспортеру к барабану 2. Вступая в контакт со спиральной навивкой 3, кочаны движутся вдоль барабана, а растительные остатки и листья проходят в зазор между барабаном и транспортером.
Другое устройство, предназначенное для отделения кочанов от сопутствующих отходов и очистки их от розеточных листьев, состоит из барабана 1 со спиральной навивкой и наклонного (съемного) стола 2 (рис. 3.19).
Наклонный стол, расположенный под углом ас к горизонту, выполнен из расположенных в одной плоскости попарно прижимающихся затягивающих вальцов 3. В парах затягивающих вальцов одни из них, установленные на неподвижных опорах, являются ведущими, а другие закреплены на ползунах 4 с возможностью перемещения вдоль направляющих относительно первых. При этом прижим вальцов осуществляется спиральными пружинами 5.
Работает устройство следующим образом. Поток вороха капусты поступает в приемной части устройства на поверхность затягивающих вальцов. При этом листья капусты, не имеющие связь с кочанами, остатки растительности тут же затягиваются между вальцами и падают на землю. Кочаны капусты скатываются вниз к цилиндрической поверхности барабана, подхваты ваются винтовой навивкой и перекатываются на вальцах. При этом покрывающие листья, касаясь поверхности вальцов, затягиваются в рабочий зазор между ними и отрываются от кочанов у основания черенка. Отделенные от кочанов листья падают на землю.
Путем комбинации описанных технических решений представляется возможным создать универсальное устройство для отделения кочанов капусты от сопутствующих отходов в машине.
Устройство в исполнении, показанном на рис. 3.19, позволяет получить товарную продукцию непосредственно на уборочной машине.
При замене в нем наклонного стола с вальцами подающим ленточным транспортером, как показано на рис. 3.18, кочаны капусты отделяются от со V V путствующих отходов, а покрывающие листья остаются при них. Такой ва риант устройства можно использовать при уборке капусты для зимнего хранения.
Кочаны капусты, поступающие на наклонный стол отделителя отходов, )" должны скатываться по поверхности вальцов к барабану, прижиматься по стоянно к нему, чтобы была возможность перекатываться поперек вальцов под действием спиральной навивки.
Рассмотрим процесс скатывания кочана по наклонной поверхности. В предельном состоянии на кочан капусты, находящийся в точке О, действуют следующие силы: сила тяжести GK, сила реакции N и сила трения F (рис. 3.20). Разлагая силу GK на составляющие, находим, что в этом случае сила, {к« направленная к шнеку P G.sina,, (3.17) а нормальная составляющая P2=GKcosac. (3.1S) Вследствие деформации кочана в зоне контакта точка приложения реакции N - Р2 будет смещена на величину 5к. В данном положении на кочан будут действовать пары сил (Рь F ) и (N, Р2) с моментами соответственно fy Р и Р25к (здесь RK - условный радиус кочана). При этом возможно скатывание кочана к барабану тогда, когда
Похожие диссертации на Научно-методические основы и средства адаптирования машин для уборки капусты к изменяющимся условиям функционирования
