Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы и задачи исследований 12
1.1. Особенности развития свекловодства в ЦЧР 12
1.2. Особенности технологий производства сахарной свеклы в ЦЧЗ 17
1.3. Развитие конструкций свеклоуборочных машин 36
1.4. Анализ работ по конструктивному совершенствованию выкапывающих рабочих органов свеклоуборочных машин 47
1.5. Типы выкапывающих рабочих органов и анализ их рабочего процесса 59
1.6. Цель и задачи исследований 64
2. Теоретическое исследование процесса выкапывания корнеплодов сахарной свеклы
2.1. Технологический процесс выкапывания сахарной свеклы комбинированным копачом 66
2.2. Обоснование кинематических параметров комбинированного копача 69
2.3. Технологическое обоснование выбора параметров и режимов работы комбинированного копача 73
2.4. Выбор геометрических параметров подрезающего ножа и его взаимного расположения с диском 87
2.5. Энергетические показатели подрезающего ножа 91
2.6. Технологический процесс выкапывания корнеплодов сахарной свеклы комбинированным копачом вильчатого типа с рыхлителем. 102
2.7. Исследование процесса подъема корнеплода рыхлителем 105
2.8. Обоснование ширины рыхлителя 113
2.9. Обоснование кинематического режима активной вилки 117
2.10. Расчет рабочего органа вильчатого типа с продольным движением наконечников 132
Программа, методика и условия проведения исследований
Особенности проведения исследований. 152
Программа исследований 153
Методика исследований 154
Экспериментальные исследования 187
Особенности исследований процессов уборки сахарной свеклы в сельском хозяйстве 187
Обоснование и формализация факторов процесса выкапывания корнеплодов сахарной свеклы 195
Обоснование схемы проведения многофакторных экспериментальных исследований процесса выкапывания корнеплодов сахарной свеклы 207
Моделирование процесса выкапывания корнеплодов 222
Результаты экспериментальных исследований выкапывающего рабочего органа с предварительным нарушением связей корнеплодов с почвой 260
1. Характеристика условий проведения исследований 260
2. Методические особенности определения потерь массы корнеплодов при проведении исследований 270
3. Влияние конструктивных и кинематических параметров копача на качество выкапывания 272
4. Сравнительные испытания экспериментального и производственного копачей 295
Экспериментальное исследование вильчатого выкапывающего рабочего органа оснащенного рыхлителем 298
1. Анализ результатов лабораторно-полевых исследований выкапывающего рабочего органа 299
2. Результаты сравнительных испытаний производственного и экспериментального выкапывающих рабочих органов 313
Производственная проверка экспериментального выкапывающего рабочего органа 315
Экспериментальные исследования вильчатого выкапывающего 318
рабочего органа с продольным движением конусных наконечников
Производственная проверка экспериментального выкапывающего рабочего органа.
Экономическая эффективность результатов исследований
Общие выводы 335
- Анализ работ по конструктивному совершенствованию выкапывающих рабочих органов свеклоуборочных машин
- Технологическое обоснование выбора параметров и режимов работы комбинированного копача
- Обоснование и формализация факторов процесса выкапывания корнеплодов сахарной свеклы
- Влияние конструктивных и кинематических параметров копача на качество выкапывания
Введение к работе
Сахарная свекла в России является одной из основных сельскохозяйственных культур, предназначенной для производства сахара, а отходы предприятий сахарной промышленности используются как ценный корм для животноводства. Под посевами сахарной свеклы занято более 3 млн.га пашни, что позволяет получать ежегодно до 100 млн. тонн сырья и вырабатывать из него 9-10 млн. тонн сахара.
Несмотря на то, что в свекловодстве достигнуты большие успехи, ставится постоянная задача о дальнейшем увеличении урожайности сахарной свеклы , улучшения ее качества и значительного сокращения потерь при уборке.
Для выполнения этих важных задач по производству сахарной свеклы необходимо: ускорить внедрение индустриальной технологии производства сахарной свеклы, разработать и внедрить в производство свеклоуборочные машины, которые позволяли бы производить качественную уборку всего биологического урожая, независимо от почвенно-климатических условий свекловичного поля в период уборки, совершенствовать конструкцию отдельных узлов машин и повышать их надежность, использовать прогрессивные формы организации труда на уборке.
Большое влияние на качество уборки ботвы и корнеплодов сахарной свеклы оказывают условия, при которых она проводится: влажность и твердость почвы, выравненность рельефа поля , засоренность посева сорняками, диаметр корнеплода и расположение их относительно друг друга в рядке, боковые отклонения центров корнеплодов от осевой линии рядка и выступание головок над уровнем почвы. Современные выкапывающие рабочие органы корнеуборочных машин КС-6Б, РКС-6,РКМ-6 имеют низкую технологическую надежность в условиях повышенной влажности и твердости почвы, в результате чего увеличиваются повреждения и потери корнеплодов из-за неэффективного нарушения связи их с почвой с
плодов из-за неэффективного нарушения связи их с почвой с одновременным ухудшением отделения почвы от корнеплода.
По данным МИС, при работе корнеуборочных машин на участках с твердостью достигающей 4,5 МПа, происходит значительное увеличение засоренности вороха корнеплодов землей до 33 %, повышение потерь до 13 % и повреждений до 40 % , что превышает нормативы, установленные агротехническими требованиями.
В последние 2-3 года производство сахарной свеклы в ЦЧР вновь стало рентабельным даже при низкой урожайности, получаемой основной частью свеклосеющих хозяйств. Большинство хозяйств имеют долги, нехватку оборотных средств, возможности получения кредитов и инвестиций, что не позволяет хозяйствам увеличивать посевные площади и повысить урожайность сахарной свеклы. Мировой опыт показывает, что единственным выходом из подобной ситуации является применение новых ресурсосберегающих технологий, позволяющих повысить продуктивность культуры без больших дополнительных затрат. В связи со сложившимися экономическими условиями , возможностями и потребностями сельхозтоваропроизводителей возможен один путь развития сельского хозяйства России и сохранения ее продовольственной безопасности - интенсификация процессов в растениеводстве, применение высокоурожайных сортов, удобрений и средств защиты растений, применения высокопроизводительной и надежной свекловичной и другой техники.
В диссертационной работе решена важная народнохозяйственная проблема - разработана обоснованная машинная технология производства сахарной свеклы и усовершенствованы технические средства, позволяющие убирать её с минимальными потерями и повреждениями , в оптимальные агротехнические сроки в различных почвенно-климатических условиях.
Для решения этой проблемы нами была выдвинута гипотеза: проведение уборки сахарной свеклы за счет совершенствования технологии
7 и технических средств производства этой культуры. Она может быть реализована путём создания и решения математических моделей машинной технологии уборки сахарной свеклы, обеспечивающего получение максимального без потерь сбора выращенного урожая .
Актуальность проблемы. Сахарная свекла является одной из основных сельскохозяйственных культур в РФ, уровень производства которой определяет продовольственную безопасность страны. Продукты, производимые из сахарной свеклы, используются в питании населения, кондитерской и спиртовой промышленности, животноводстве, фармацевтической промышленности и т.д.
В настоящее время свекловодство России переживает серьезные трудности. Это стало результатом экономической ситуации в стране и как следствие недостаточное обновление техники из-за ее дороговизны, высоких цен на горюче-смазочные материалы, удобрения , средства защиты растений, что является основой большой себестоимости ее производства и низкой рентабельности.
Производство большей части свекловичной техники находится за рубежом , что особенно важно для ее уборки.
Для России разработана «Национальная научная концепция устойчивого развития свекловодства в России до 2030 года», в которой отражены основные направления перевода свекловодства на устойчивое развитие.
Данная работа актуальна, имеет теоретическую и практическую значимость, так как посвящена формированию современных машинных технологий производства сахарной свеклы, основанных на использовании мирового опыта ее производства, а также совершенствованию конструкции свеклоуборочных машин и их рабочих органов.
Диссертационная работа выполнена в 1987-2006 гг. в соответствии с планом НИР Курской ГСХА по теме «Разработать интенсивные технологии выращивания сельскохозяйственных культур в севообороте» (номер
8 госрегистрации 01.9.7000668) по внедрению прогрессивных технологий в
Курской области и по теме №24а «Интенсификация рабочих процессов свеклоуборочных машин» РГАЗУ. Результаты исследований включены в Систему земледелия Курской области, Комплексную программу развития производства и переработки сахарной свеклы в Курской области на 1996-2000 гг. и Комплексную программу развития АПК по Курской области на 2001-2005 гг.
Объекты исследования. Технологические процессы уборки сахарной свеклы, создания современных и обоснованных машинных технологий производства сахарной свеклы и рабочие органы для выкапывания корнеплодов, математические модели, экспериментальные установки, опытные образцы техники для уборки сахарной свеклы.
Предмет исследования. Предметом исследования являлись методы создания современных и обоснованных машинных технологий производства сахарной свеклы, способы и средства повышения качества работы техники при ее уборке в оптимальные агротехнические сроки с минимальными потерями , повреждениями и загрязненностью вороха корнеплодов .
Целью исследований является обоснование и разработка современной ресурсосберегающей машинной технологии производства сахарной свеклы , обеспечивающей, на основе развития теории процесса выкапывания корнеплодов и экспериментальных исследований, повышение эффективности уборки, значительное сокращение повреждений корнеплодов и повышения их технологических качеств.
Для решения этой цели были поставлены следующие задачи: 1 .Провести систематизацию данных исследований свеклоуборочных машин для прогнозирования качественных показателей ее уборки в различных поч-венно-климатических условиях.
2.0босновать эффективность применения предварительного нарушения связей корнеплодов с почвой.
3.Исследовать теоретически и экспериментально технологические процессы извлечения корнеплодов из почвы, улучшения качества их работы. 4.На основе теоретических и экспериментальных исследований создать модели функционирования свеклоуборочных машин с различными типами выкапывающих рабочих органов.
5.Исследовать в производственных условиях конструкции рабочих органов для корнеуборочных машин с целью повышения качества их работы.
6. Проверить в полевых условиях эффективность основных положений машинной технологии уборки сахарной свеклы . Научная новизна заключается в:
- установлении теоретических зависимостей функционирования различных выкапывающих рабочих органов свеклоуборочных машин и обосновании их конструктивных и технологических параметров, обеспечивающих качественную уборку корнеплодов сахарной свеклы;
- разработке математических моделей функционирования выкапы
вающих рабочих органов свеклоуборочных машин в реальных условиях
уборки сахарной свеклы;
-разработке математических моделей оценки потерь, повреждений и загрязненности корнеплодов сахарной свеклы, при уборке в нормальных и сложных условиях;
разработке и обосновании конструкций выкапывающих рабочих органов свеклоуборочных машин и интенсифицирующих рабочие процессы;
научная новизна работы также подтверждена патентами РФ №2117422; 217866; 2176867; 2185717 на новые рабочие органы.
Научные положения, выносимые на защиту. В результате исследований разработаны и выносятся на защиту следующие основные положения:
1. Разработанная нами машинная технология возделывания и уборки сахарной свеклы представляет собой обоснованную совокупность взаимосвязанных приемов и средств, которые позволяют сократить затраты
10 ресурсов на 7,6 % и повысить эффективность технологии в 1,6 раза.
2. В зональную технологию производств сахарной свеклы необходимо внести изменения:
- в осенний период необходимо проводить двукратное выравнивание по
верхности посевы;
- предпосевную обработку почвы проводить комбинированными поч
вообрабатывающими агрегатами;
посев производить пневматическими сеялками точного высева , способными проводить высев на конечную густоту насаждений обычными или дражированными семенами;
междурядные обработки выполнять культиваторами с ориентаторами по направляющим щелям, дооснащенными приспособлениями для ленточного (полосового) внесения средств защиты растений;
сократить число междурядных обработок почвы до одной-двух;
в процессе уборки сахарной свеклы применять двухвальные доочисти-тели головок корнеплодов, оснащенные рыхлителями для нарушения связей корнеплодов с почвой;
выкапывание корнеплодов сахарной свеклы проводить свеклоуборочными комбайнами и корнеуборочными машинами с применением усовершенствованных выкапывающих рабочих органов.
Практическая значимость результатов исследований.
для условий центрального Черноземья , на основе системного подхода разработана и экономически обоснована современная ресурсосберегающая машинная технология уборки сахарной свеклы, обеспечивающая дополнительный сбор урожая за счет сокращения потерь сахарной массы корнеплодов и повышения качества сырья;
разработана методика определения потерь и повреждений массы корнеплодов при ее выкапывании;
- в результате проведенной и научной работы разработаны и обоснованы выкапывающие рабочие органы свеклоуборочных машин, при ис-
пользовании которых потери не превышают 1%, сильные повреждения -5%, загрязнения вороха убранных корнеплодов не более - 5 %;
- разработанная технология производства сахарной свеклы по Курской области обеспечивает годовой экономической эффект 6174.65 руб/га.
Результаты исследований внедрены в РТП Курского района Курской области, сельскохозяйственных предприятиях Курского и Золотухинского районов Курской области, ЦЧ МИС, приняты комитетом АПК Курской области для широкого внедрения в сельскохозяйственных предприятиях, а также используются в учебном процессе Курской ГСХА.
Апробация работы. Результаты исследований доложены на научных конференциях в КГСХА (1987-2006 гг.); на ежегодных научно-практических конференциях ВНИС «Совершенствование технологии производства корнеплодов и семян сахарной свеклы» (Киев, 1987-1991); на II международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы сельскохозяйственного производства и пути их решения» (Белгород, 1998); IV международной научно-производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения» (Белгород, 2000); VI международной научно-практической конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения» (Белгород, 2002), научно-практической конференции Куб ГАУ(Краснодар, 2005), РГАЗУ (Балашиха, 2006).
Публикации. По материалам диссертации автором опубликовано 55 научных работ, в т.ч получено 4 патента на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов и предложений производству, списка литературы и приложений. Она изложена на 364 страницах компьютерного текста, включает 35 таблиц и 71 рисунок. Список литературы включает 258 наименований.
Анализ работ по конструктивному совершенствованию выкапывающих рабочих органов свеклоуборочных машин
Процесс выкапывания корнеплодов сахарной свеклы выкапывающими рабочими органами является важным и ответственным, так как он в большой степени оказывает влияние на полноту выкапывания корнеплодов из почвы и на их повреждение.
Исследования выкапывающих рабочих органов начались давно, и за это время проведена оценка большого разнообразия их конструкций, в результате которых были оптимизированы их конструктивные и кинематические параметры в различных условиях уборки сахарной свеклы. Глубина хода большинства копачей не превышает 6...12 см [153,246,254], что позволяет направлять на сепарирующие рабочие органы меньшее количество почвы, что снижает загрязненность вороха корнеплодов почвой.
Работа выкапывающих рабочих органов в таких условиях приводит не к тому, что корнеплод в этом случае должен захватываться за тело, получая при этом различного вида деформирующие нагрузки, величина которых будет зависеть от геометрических размеров корнеплода сахарной свеклы, его расположения в рядке, состояния почвы в период уборки и конструкции выкапывающих рабочих органов.
Исследованиями Брея В.В. [93,94] установлено, что к началу уборки корнеплоды сахарной свеклы преимущественно имеют форму "удлиненного конуса" , при этом свойства почвы, окружающей корнеплод, весьма не однородны как по длине рядка, так и по глубине их залегания. Почва тем плотнее, чем она ближе к корнеплодам. При этом четко выделяются два слоя: верхний - рыхлый, с мелкокомковатой структурой, нижний - твердый, с крупноглыбистой структурой.
При этом средняя величина силы связи корнеплода с почвой колеблется в пределах 450...600 Н. Максимальное вертикальное усилие извлечение корнеплодов из почвы достигает более 1400 Н при ненарушенной структуре почвы и до 85 Н при нарушенной [ 93, 138,152,229].
Корнеплод, при извлечении его выкапывающим рабочим органом, кроме вертикального извлекающего усилия получает еще и горизонтальное, что приводит к изгибу и излому его хвостовой части. При этом временное сопротивление изгибу корнеплода при динамическом действии силы меньше, чем при статической нагрузке, и зависит от диаметра корнеплода в зоне разрушения [93].
Лемешковые, вильчатые и дисковые копачи представляют собой симметричные рабочие органы, которые идут вдоль оси рядка с корнеплодами и разрушая почву по бокам корнеплодов на большую глубину, чем по оси [229,230].
Так как у вышеуказанных выкапывающих рабочих органов извлечение корнеплодов из почвы происходит в продольно - вертикальной плоскости, то на облом хвостовой части корнеплодов будет оказывать большое влияние неразрушенная почва по оси расположения корнеплодов.
Разработка и обоснование параметров выкапывающих рабочих органов корнеуборочных машин и анализом их работы плодотворно занимались: Василенко А.А., Погорелый Л.В., Савич П. В., Герасинчук В.В., Цимбал А.Г., Еремеев И.Д., Томиленко Е.Г., Бессарабов В. И, Хвостов В.А., Са-рапулов А.К., Сорокин А.А., Мазуренко А.М,. Волоха Н.П., Брей В.В., Василенко П.М., Гурченко А.П., Зуев Н.М., Аванесов Ю.В., Булгаков В.М., Башкирев А.П., Семыкин В.А. и другие исследователи.
С начала 70-х годов в СССР для уборки корнеплодов сахарной свеклы применяется комплекс шестирядных машин для раздельной уборки с использованием самоходных корнеуборочных машин КС-6Б и РКС-6 с дисковыми и вильчатыми копачами [181], а также КС-6Б-05 - с комбинированными копачами [176].
Вильчатые и дисковые рабочие органы могут работать на скоростях до 2,5 м/с при удовлетворительном качестве только в нормальных условиях уборки, при уборке сахарной свеклы в условиях повышенной влажности или твердости почвы показатели работы этих выкапывающих рабочих органов намного ниже нормативов, установленных в агротехнических требованиях.
Исследования Томиленко Е.Г. [ 225] показывают, что загрязненность землей вороха корнеплодов, убранного корнеуборочной машиной РКС-6, составила ЗО... 40%, а КС-6 - 23,5% без включенного комкодробителя и 9,5% с включенным комкодробителем. На тяжелосуглинистых почвах с влажностью 27,7% загрязненность свеклы, убранной машиной РКС-6, составила 65,1%), а машиной КС-6 - 46,4%. Наибольшее содержание поврежденных корнеплодов (до 25%) было отмечено в ворохе сахарной свеклы, убранной машиной КС-6, которые появлялись за счет обрыва хвостовой части. При увеличении твердости почвы повреждения корнеплодов сахарной свеклы машиной РКС-6 составили 32,1% , а КС-6 - 43%), в том числе сильные повреждения составили 18,2%) для РКС-6 и 26,8%) для КС-6.
По данным Зуева Н.М. [ 89,96,149-156], на агротехнические показатели уборки сахарной свеклы оказывает большое влияние размещение корнеплодов в рядке и его диаметр. Повреждения хвостовой части происходят при защемлении больших корнеплодов между дисками и вилками. При этом сильные повреждения достигают - 15...32 %, а слабые повреждения - 55... 57%. Отклонение корнеплодов от оси рядка до 50... 60 мм приводит к резкому повышению сильно поврежденных корнеплодов (до 66,8%) ) и к невозвратимым потерям (до 10%).
Исследования работы выкапывающих рабочих органов свеклоуборочных машин показывают, что дисковые рабочие органы чаще, чем вильчатые, наносят сильные повреждения корнеплодам сахарной свеклы, так как происходит обжатие с боков крупных корнеплодов и их порезы кромками дисков. Бруссиловский Ю.Р. [95] указывает, что это происходит из-за того, что копачи имеют недостаточный угол раствора дисков, увеличить который сложно, так как это зависит от принятой ширины междурядий.
Технологическое обоснование выбора параметров и режимов работы комбинированного копача
Одним из важнейших узлов свеклоуборочных машин, от работы которых во многом зависит качество и энергоемкость процесса уборки, является узел копающих рабочих органов.
Необходимость подкапывания корнеплодов сахарной свеклы перед извлечением их из почвы вызывается тем, что к моменту уборки прочность связи между почвой и корнеплодами свеклы настолько значительна, что для ее преодоления необходимо приложить (без предварительного рыхления) силу, достигающую в некоторых случаях до 1400Н. В среднем значение этой силы колеблется в пределах 450...600 Н. С предварительным рыхлением почвы, извлекающие усилия колеблются в пределах 80 Н [93,94,203]. Основным назначением копающих рабочих органов свеклоуборочных машин являются нарушение этих связей путем деформации почвы вокруг корнеплодов. Однако, в зависимости от схемы технологического процесса уборки и применяемых машин степень деформации почвы копающими рабочими органами различна. В связи с этим различны и конструктивные формы этих рабочих органов.
Основные требования, которые предъявляются к копающим рабочим органам свеклоуборочных машин, сводятся к следующим. Они должны: - обеспечивать необходимую степень нарушения связи корнеплодов с почвой; - не допускать механических повреждений и потерь корнеплодов; - обеспечивать достаточный подъем корнеплодов из почвы для благо приятной работы последующих рабочих органов; - обладать возможно меньшим тяговым сопротивлением. Для извлечения корнеплодов сахарной свеклы из почвы с эффективностью, обусловленной агротехническими требованиями, может использоваться комбинированный копач, состоящий из подрезающего ножа 3 и сферического диска 2 (рис.2.1).
Подрезающий рабочий орган комбинированного копача выполнен в виде плоского наклонного ножа с небольшой горизонтальной полочкой в своей нижней части. Угол ц/ наклона ножа выбирается таким образом, чтобы он нарушал связь корнеплода с почвой, то есть разрушал почву около корнеплода и обрывал его хвостовую часть в зоне не более 10 мм, не травмировал сам корнеплод и не смещал его от осевой линии рядка.
Такими свойствами может обладать подрезающий нож, угол наклона, VJ/ которого к вертикальной оси будет выбираться в зависимости от формы части корнеплода, находящегося в почве. Если принять, что часть корнеплода, находящегося в почве , за конусное тело, то и угол наклона ножа должен быть равен половине среднего угла конусности корнеплода.
В этом случае наклонная часть подрезающего ножа будет идти вдоль рядка и образующих конусов корнеплодов, а небольшая горизонтальная полочка, расположенная в нижней его части, будет обрезать хвостовую часть корнеплода. Другой составной частью комбинированного копача является пассивный сферический диск, установленный под углом а к направлению движения. Вертикальная ось диска расположена в одной плоскости с осевой линией рядка корнеплодов сахарной свеклы, глубина хода зависит от размеров корней. Технологический процесс выкапывания корнеплодов сахарной свеклы комбинированным копачом (рис.2.1) будет выполняться следующим образом.
Подрезающий нож 2 перемещается вдоль рядка корнеплодов сахарной свеклы на заданной глубине и нарушает связь корнеплода с почвой. Установленный за ножом сферический диск 1, за счет своего поступательного и вращательного движения извлекает корнеплоды сахарной свеклы 3 из почвы и направляет их в междурядье или на сепарирующие рабочие органы. В связи с тем, что почвенный пласт был предварительно разрушен подрезающим ножом, а связь корнеплода с почвой нарушена, сферический диск будет извлекать корнеплоды из почвы не травмируя их, так как силы подпора невелики и временное сопротивление почвы изгибу будет резко уменьшаться [ 93 ]. Поэтому возникает необходимость обоснования конструктивных и технологических параметров копача, который качественно выполнял бы технологический процесс выкапывания корнеплодов сахарной свеклы.
Одним из основных элементов технологического процесса выкапывания корнеплодов сахарной свеклы пассивным сферическим диском является перемещение их с почвой под воздействием рабочего органа. При этом показатели технологического процесса в значительной степени обуславливаются конструктивными и кинематическими элементами движения самих рабочих органов и кинематическими элементами движения корнеплодов с почвой под воздействием этих рабочих органов.
В связи с тем, что для извлечения корнеплодов сахарной свеклы из почвы используется один пассивный сферический диск, установленный под углом а к направлению движения, то с целью определения конструктивных и кинематических параметров и оптимальных режимов работы комбинированного копача (рис.2.1) рассмотрим движение точек диска в пространственной системе координат XYZ (рис.2.2 ).
Расположим сферический диск в пространственной системе координат таким образом, чтобы вертикальная плоскость XOZ проходила через центр вращения диска в направлении поступательного движения копача, а ось У была направлена перпендикулярно этой плоскости.
Обоснование и формализация факторов процесса выкапывания корнеплодов сахарной свеклы
Для интенсификации процесса нарушения связей корнеплодов с почвой предлагается придать конусным наконечникам кроме вращательного также и продольного движения за счет изменения конструкции привода наконечников. Для выполнения такого процесса был разработан выкапывающий рабочий орган (рис.2.26).
Рабочий орган содержит два конусообразных наконечника, закрепленных на концах валов, соединенных телескопически, и привод ведомых валов для приведения их в возвратно-поступательное движение вдоль осей. Привод выполнен в виде двух втулок с уступами на торцах. Одна втулка закреплена на валу, а вторая жестко закреплена по наружному диаметру в корпусе вилки. Наконечники подпружинены в осевом направлении. Втулки установлены в передней цилиндрической части корпуса и имеют кулачки в форме прямоугольного треугольника с продольным разрывом между ними. Количество кулачков на подвижной втулке должно быть равно или кратно количеству кулачков на неподвижной. Втулка привода установлена на валу посредством скользящей втулки. Повышается эффективность извлечения корнеплодов, уменьшаются повреждения корнеплодов и снижается нагрузка на сепарирующие рабочие органы.
Выкапывающий рабочий орган содержит два конусообразных наконечника 1, закрепленных на концах вращающихся валов 2, соединенных телескопически, которые установлены на подшипники скольжения 3 и опираются на радиальные подшипники 4 через подвижную 5 и неподвижную 6 втулки и П-образный выступ 7 ведомого вала. Неподвижная и подвижная втулки 5,6 имеют кулачки 8 треугольной формы, поджимаются пружиной 9, которая упирается своей другой стороной в ограничитель 10, и упорный подшипник 11, обеспечивающий ее неподвижность при вращении вала. Привод каждого конуса состоит из ведущих и ведомых валов 12,13, которые соединены посредством телескопического соединения, имеющего П-образ-ное соединение, благодаря чему изменяется длина приводных валов при совершении колебаний конусов вдоль оси роторов.
Выкапывающий рабочий орган работает следующим образом. Привод ведомых валов 13 для приведения их в их возвратно-поступательное движение вдоль осей выполнен в виде двух втулок 5,6 с уступами на торцах. Каждая втулка 5 закреплена на одном из валов 13, а втулка 6 жестко закреплена по наружному диаметру, в корпусе вилки. Наконечники 1 вилки подпружинены в осевом направлении. Втулки 5 и 6 установлены в передней части корпуса и имеют кулачки 8 в форме прямоугольного треугольника с продольным разрывом между ними. Количество кулачков 8 на подвижной втулке 5 должно быть равно или кратно количеству кулачков 8 на неподвижной втулке 6. Втулка 5 привода установлена на валу 13 посредством скользящей втулки.
Во время работы конусообразные наконечники 1 вилки выкапывающего рабочего органа, располагаясь по сторонам рядка убираемых корней, заглубляются в почву на заданную глубину и благодаря сообщаемому им вращательному движению от привода 2 и возвратно-поступательному вдоль осей из-за наличия кулачковых втулок 5 и 6 с телескопическим валом и пружины 9, интенсивно разрушают почвенный пласт, нарушают связи корнеплодов с почвой, извлекают и передают корнеплоды к прутковым корнеза-борникам, которые подают их на сепарирующие и транспортирующие рабочие органы машины.
Применение предлагаемого выкапывающего рабочего органа позволит значительно повысить эффективность разрушения почвенного пласта, нарушать связи корнеплодов с почвой, извлекать корнеплоды с минимальными потерями массы за счет обломанных хвостов, уменьшить их повреждения и снизить нагрузку на сепарирующие рабочие органы свободной почвой.
При взаимодействии наконечников вилок копача с ударным воздействием необходимо оценить характер рыхления почвы - нарушение связей корнеплодов с почвой.
При поступательном движении наконечников, а также движении вдоль оси (ударе), рыхление почвы будет происходить более интенсивно, что позволит извлекать корнеплоды из почвы с минимальными потерями и повреждениями.
Использование периодических ударных воздействий при движение вилки в почве должно происходить по заданному режиму, который должен сопровождаться перемещением в рыхлой почве вилок от удара до последующего. Поэтому при таком режиме работы активной вилки основная нагрузка по нарушению связей корнеплодов с почвой ляжет на ударное воздействие части конуса наконечников, которые будут внедряться в почву под воздействием удара. При ударе наконечник будет заглубляться на большую глубину -А/г, чем заданная для копача -Нв. На рис.2.26 (а,б) показана работа наконечника активной вилки.
При поступательном движении машины со скоростью(ил/) скалывание почвы будет происходить в плоскостях, следы которых расположены симметрично силе R, равнодействующей нормальной силы N и силы трения F. УГОЛ ср \, за пределы которого не выходят следы плоскостей скалывания, равен 25. Величина внедрения наконечника в почву будет зависеть от высоты кулачка в кулачковой паре При перемещении наконечника на величину /z , которое будет измеряться за доли секунды, будет также стремительно и изменяться зона деформации, т.е. она будет проходить по линии действия равнодействующих R1 из точки Ai. При этом произойдет некоторое увеличение глубины хода наконечника на величину А/г и увеличение поперечной деформации на величину 2Дв. для обоснования параметров выкапывающего рабочего органа Чтобы активно проходил процесс нарушения связей корнеплодов с почвой, необходимо выбрать такой режим воздействия на почву, который позволял бы осуществлять разрушение почвы и не изменять первоначальное положение корнеплода. Наконечник при прямом ходе из точки А заглубится на величину А/г и переместится в почве на величину hk, равную высоте ку- лачка, и окажется в т.А1(рис.2.27). Зона деформации пройдет по линии образующей конуса. Вдоль оси X эта зона деформации будет равна отрезку АА2.
Следующий удар должен происходить в точке А2 или ранее, чтобы начало следующего удара происходило при нахождении наконечника в рыхлой почве. Это позволит иметь ему большую энергию удара. Величина рыхления АА2 должна быть больше или равна перемещению машины за время одного удара. Поэтому определим величину зоны деформации вдоль линии перемещения машин.
Влияние конструктивных и кинематических параметров копача на качество выкапывания
Методика исследований разрабатывалась под те задачи и программу и экспериментальных исследований, которые поставлены в диссертационной работе. Перед началом экспериментальных исследований технологии производства и процесса выкапывания корнеплодов сахарной свеклы проводилась оценка состояния поля: определялась влажность и твердость почвы, засоренность сорняками, урожайность сахарной свеклы, распределение корнеплодов в рядке, их размерно-массовые характеристики, отклонение корнеплодов от осевой линии рядков, выступание головок корнеплодов над поверхностью почвы, глубина залегания корнеплодов в почве, усилие для извлечения с нарушением связей корнеплодов с почвой и без нарушения и др. показатели. Экспериментальные данные оценивались в 3-5 -кратной повторности.
В период исследований были изучены различные приемы при производстве сахарной свеклы, условия функционирования свекловичных машин и их рабочих органов, проведена систематизация результатов исследований свеклоуборочных машин.
При проведении исследований учитывались такие основополагающие положения современных технологий, как севообороты, средства механизации при выполнении всех операций, система применения удобрений, подготовка почвы под посев, посев сахарной свеклы, уход за посевами, защита растений в период вегетации, проведение уборочных работ. Большое внимание уделялось совершенствованию уборочных работ и процесса выкапывания корне-плодов сахарной свеклы производственными и усовершенствованными копачами в различных условиях уборки.
Анализ производства сахарной свеклы в России показывает, что свекла возделывается в основных трех зонах: достаточного, неустойчивого и недостаточного увлажнения [148]. Эти зоны также имеют разные суммы активных температур, даты перехода положительных температур через +5С и продолжительности активных температур, что в конечном итоге определяет урожайность свеклы. Чем выше количество осадков, тем выше и урожайность свеклы, т.е. лимитирующим фактором является запас усвояемой влаги в почве. Поэтому основные агротехнические мероприятия по обработке почвы в технологиях наряду с полной механизацией процессов и программируемым внесением удобрений направлены на сохранение влаги и увеличение ее запасов с целью получения высоких урожаев сахарной свеклы. Зона достаточного увлажнения (I)
Северо-западные области ЦЧП России, северные районы Брянской области и примыкающие районы Курской. Орловской, Тульской, северные районы Липецкой и Пензенской областей, подзоны Северного Кавказа. В последнее время к этой зоне можно отнести районы Татарстана. Мордовии, Чувашии, Новосибирской области, Адыгеи и др. районы, которые ранее не занимались свеклой. Зона неустойчивого увлажнения (II)
Включает значительную часть ЦЧО, которые примыкают с севера к зоне достаточного увлажнения, а с юга ограничивается линией Белгорода, Воронежа, Куйбышева, все южные районы Брянской, Курской, Орловской, Тульской, Пензенской, подзона неустойчивого увлажнения Краснодарского края (Армавир, Тихорецк). Зона недостаточного увлажнения (III)
Юго-восточные районы Воронежской области, подзоны Краснодарского края. В зоне придают большое значение накоплению влаги в почве зимой. Лучшие предшественники сахарной свеклы в севообороте - озимые, идущие после многолетних трав одного года пользования и раннего занятого или чистого пара.
В зоне избыточного и достаточного увлажнения свеклу следует размещать после озимой пшеницы, высеваемой по многолетним травам на один укос, озимой пшеницы по занятым, удобренным навозом парам (однолетние культуры, особенно бобовые, на зеленый корм и сено).
В зоне недостаточного увлажнения (засушливой) свеклу следует размещать после озимой пшеницы, идущей по черным, удобренным парам. При большой площади посева - после озимой пшеницы, идущей по многолетним травам на один укос и однолетних культур на зеленый корм.
При проведении исследований сахарная свекла размещалась в севообороте после озимой пшеницы. После уборки озимой пшеницы проводилось дискование стерни в два следа с разрывом в 10-15 дней, внесение основной дозы минеральных удобрений под вспашку, вспашка на заданную глубину, осеннее выравнивание почвы. Ранней весной проводилось закрытие влаги с дополнительным выравниванием почвы. Для предпосевной подготовки почвы использовались культиватор УСМК-5,4В и комбинированная почвообрабатывающая машина АП-6. Посев сахарной свеклы проводился свекловичными сеялками ССТ-12В, СП-12 и импортной сеялкой Мультикорн фирмы Кляйне на конечную густоту насаждений. В дальнейшем проводили уход за посевами с использованием междурядных обработок, подкормки, проведения химзащиты в необходимые сроки, окучивания. Уборку свеклы проводили в последней декаде сентября-начале октября.
На протяжении всего периода вегетации сахарной свеклы проводилась оценка состояния свекловичного поля: наличие сорняков, вредителей и болезней, динамика всходов сахарной свеклы, динамика нарастания массы корнеплодов и листьев.
С целью дальнейшего совершенствования рабочих органов свеклоуборочных машин и разработки исходных требований к ним, а также в связи с изменениями в технологии возделывания сахарной свеклы и агротребо-ваний, предъявляемых к качеству выполнения технологического процесса уборки ботвы и корнеплодов сахарной свёклы (срез ботвы , отходы сахароносной массы при обрезке, потери и повреждения корнеплодов и др.) возникла необходимость в уточнении и разработке методов агротехнической оценки показателей качества работы свеклоуборочных машин в условиях реальной их эксплуатации в зависимости от состояния развития растений, равномерности размещения корнеплодов в рядках, фракционного состава, скоростных режимов работы и параметров технологической наладки рабочих органов.
В период уборки проводилась агротехническая оценка работы свеклоуборочных машин, основанная на исходных требованиях. Уборка сахарной свеклы комбайнами и комплексами машин должна отвечать следующим исходным требованиям. Корнеплоды сахарной свеклы должны быть полностью подкопаны и извлечены из почвы. Допускается не более 1,5% по массе потерь корнеплодов и их частей, оставшихся в почве и на её поверхности.
Ботвосрезаюший аппарат свеклоуборочных машин должен срезать ботву на корнеплодах так, чтобы их можно было сдавать на сахарный завод без ручной доочистки, с загрязненностью убранного вороха корнеплодов зеленой массой не более 3 %. Срез головки должен быть прямым, гладким, без сколов. Плоскость среза должна проходить не ниже уровня основания зеленых черешков и не выше 20 мм от верхушки головки корнеплодов. При этом отходы массы головок корнеплодов с ботвой при обрезке не должны превышать 5 %. Количество земли в ботве не более 0,5 % от её массы.
