Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования 13
1.1. Картофель семенной и факторы влияющие на повреждения клубней и потери картофеля 13
1.2. Технологии, машины и рабочие органы для уборки картофеля 21
1.3. Повреждения клубней в процессе транспортировки картофеля 33
1.4. Послеуборочная доработка картофеля 37
1.5. Формулировка проблемы и задачи исследования 48
ГЛАВА 2. Модель технологического процесса уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля 53
2.1. Состояние технологического процесса уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля 53
2.2. Модель технологического процесса уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля 56
2.3. Механические повреждения клубней на рабочих органах и технологических операциях в процессе уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля 64
2.4. Схема процесса образования картофельной насыпи 78
2.4.1. Обоснование геометрических параметров слоя картофеля, образующегося при падении клубней на горизонтальную поверхность 87
2.4.2. Экспериментальное исследование потемнения мякоти клубней картофеля при ударных воздействиях 95
2.5. Оценка рабочих органов и технологических операций в процессе уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля 109
ГЛАВА 3. Совершенствование рабочих органов машин для уборки и транспортировки семенного картофеля 126
3.1. Совершенствование сепарирующего рабочего органа картофелеуборочной машины 127
3.1.1. Исследование работы эллиптического встряхивателя сепарирующего рабочего органа картофелеуборочной машины 127
3.1.2. Усовершенствованный сепарирующий рабочий орган картофелеуборочной машины 150
3.2. Совершенствование рабочих органов машин для транспортировки картофеля 163
3.2.1. Исследование процесса разгрузки самосвального транспортного средства опрокидыванием платформы кузова 163
3.2.2. Усовершенствованный прицеп для перевозки корнеклубнеплодов 170
ГЛАВА 4. Совершенствование машин для послеуборочной доработки семенного картофеля 175
4.1. Исследование движения клубня картофеля, имеющего две точки опоры, относительно ленточного транспортера 178
4.1.1. Рабочий орган для отделения крупных клубней картофеля 186
4.1.2. Ленточно-щелевой рабочий орган для отделения крупных клубней 190
4.1.3. Опытно-экспериментальная установка ленточно-щелевого рабочего органа с эффектом верчения клубня картофеля 196
4.2. Совершенствование рабочих органов и технологического процесса калибровки семенного картофеля 201
4.2.1. Обоснование калибрующей поверхности машины для калибровки семенного картофеля 201
4.2.2. Конусно-сетчатый калибратор КСК-1.8 217
4.2.3. Технологический процесс калибровки семенного картофеля с использованием КСК-1.8 225
4.3. Снижение повреждений клубней картофеля на различных участках технологии уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля 239
ГЛАВА 5. Рекомендации производству и экономические показатели внедрения 241
5.1. Рекомендации производству 241
5.2. Экономическая эффективность внедрения разработанных рабочих органов и устройств 243
5.2.1. Экономическая эффективность внедрения вибрационного встряхивателя сепаратора картофелеуборочной машины 243
5.2.2. Экономическая эффективность внедрения рекомендаций по снижению травмирования клубней при разгрузке самосвальных транспортных средств 247
5.2.3. Экономическая эффективность внедрения устройства для отделения крупных клубней совместно с транспортером-загрузчиком ТЗК-30 248
5.2.4. Экономическая эффективность внедрения конусно-сетчатого калибратора КСК-1.8 в картофеле-сортировальной линии КСП-15В 250
Общие выводы 252
Список литературы
- Повреждения клубней в процессе транспортировки картофеля
- Модель технологического процесса уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля
- Исследование работы эллиптического встряхивателя сепарирующего рабочего органа картофелеуборочной машины
- Ленточно-щелевой рабочий орган для отделения крупных клубней
Введение к работе
Актуальность темы. Картофель является одной из важнейших сельскохозяйственных культур в мире, занимая по объему производства второе место после зерновых. При средней урожайности в мире 163 ц/га валовой сбор картофеля в 2003 году составил 328 млн тонн, в России при средней урожайности 115 ц/га было собрано 36,6 млн тонн, или 10,4 % мирового производства.
При использовании полностью механизированной технологии уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля особо остро стоит проблема снижения механических повреждений клубней и связанной с этим сохранности в зимнее время.
У клубней, имеющих механические повреждения, увеличивается естественная убыль массы при хранении и число больных клубней по сравнению с клубнями без травм. В результате к весне они оказываются в значительной мере истощенными, дают ослабленные всходы и снижают урожай.
В соответствии с действующими в Российской Федерации стандартами качества семенного картофеля допускается наличие в семенах категории I, II и III репродукций клубней с механическими повреждениями не более 5 % по счету.
На практике количество поврежденных клубней при уборке, сортировке и транспортировке достигают 30–60 %. Причины, вызывающие повреждения, заключаются в том, что клубни в процессе выкапывания, транспортировки, сортировки испытывают различные нагрузки: динамические, статические и фрикционные. Большинство рабочих органов машин основано на принципе динамического воздействия (удара) на компоненты картофельной гряды (гребня), поступающие в машину.
Исследования, направленные на разработку новых и совершенствование существующих рабочих органов машин для уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля с возможностью дистанционного изменения рабочих параметров и с максимально щадящим механическим воздействием на клубни картофеля на основе изменения механизма взаимодействия клубней с клубнями и рабочими органами, совмещения операций и изменения их последовательности, являются актуальными и имеют большое народнохозяйственное значение.
На основании исследования причинно-следственных связей, составляющих технологический процесс уборки семенного картофеля, выдвинута гипотеза.
Гипотеза: снижение механических повреждений клубней картофеля возможно за счет изменения механизмов взаимодействия клубней с рабочими органами.
Цель работы: совершенствование рабочих органов машин для уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля с целью снижения механических повреждений клубней.
Задачи исследования:
-
Разработать научные основы взаимодействий клубней с клубнями и рабочими органами и оценить вероятность их повреждения в процессе уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля.
-
Установить закономерности взаимодействия клубней с клубнями и рабочими органами, выявить пути изменения механизмов их взаимодействия и на этой основе разработать и обосновать конструктивные и технологические параметры рабочих органов машин для уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля.
-
Провести опытно-экспериментальные исследования и сравнительные испытания опытных образцов машин для уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля и разработать рекомендации для использования усовершенствованных рабочих органов.
-
Оценить экономическую эффективность усовершенствованных рабочих органов машин и технологических процессов с их использованием.
Объекты исследования: технологические процессы уборки, транспортировки и послеуборочной доработки семенного картофеля.
Предмет исследования: закономерности взаимодействия рабочих органов машин с клубнями картофеля и взаимосвязи технологических и конструктивных параметров рабочих органов с повреждениями картофеля.
Научная новизна. Впервые предложена технологическая схема и комплекс рабочих органов для уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля, обеспечивающие совмещение технологических операций и снижение силы удара при взаимодействии рабочих органов с клубнями и клубней с клубнями.
Разработана и исследована модель технологического процесса уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля.
Получены аналитические выражения и предложена последовательность определения расчетной вероятности повреждения клубней в зависимости от высоты падения при образовании картофельной насыпи.
Установлены закономерности отката клубней при падении с разной высоты на горизонтальную поверхность.
Определены закономерности движения точки соприкосновения прутка полотна элеватора картофелеуборочной машины и пассивной эллиптической звездочки встряхивателя.
Установлены закономерности движения центра масс шара (клубня), опирающегося на две точки опоры, вдоль ленты транспортера.
Получены уравнение конусной калибрующей поверхности с горизонтальным расположением образующей и уравнение, описывающее кривую сечения калибрующей поверхности плоскостью, перпендикулярной ее горизонтальной образующей.
Практическая ценность. Предложена форма эллиптической звездочки с геометрическими параметрами, повышающими эффективность подбрасывания материала и увеличивающими срок службы пруткового транспортера.
Разработана схема вибрационного сепарирующего рабочего органа картофелеуборочной машины и приведены результаты испытаний.
Разработаны устройства для снижения механических повреждений клубней при разгрузке самосвальных транспортных средств.
Для отделения крупных клубней картофеля во время загрузки картофелехранилищ предложено ленточно-щелевое устройство.
Для калибровки семян картофеля предложен конусно-сетчатый калибратор КСК-1.8 и разработаны технологические линии картофе-лесортировальных пунктов с использованием калибратора, снижающего процент поврежденных клубней до уровня менее 1 %.
Подсчитана экономическая эффективность разработанных устройств для снижения механических повреждений клубней.
Реализация результатов исследований. Научно-технический совет ОАО «РЯЗСЕЛЬМАШ» рекомендовал конструкторскому бюро «Рязсельмаш» использовать предложенные научные разработки при совершенствовании сепарирующих рабочих органов в конструкциях картофелекопалок и картофелеуборочных комбайнов, а также поддержал рекомендации для производителей тракторных прицепов о необходимости производства специализированных прицепов большой емкости и грузоподъемности с низким расположением платформы и разгрузочным устройством для перевозки корнеклубнеплодов.
За период с 1991-го по 1995 гг. изготовлено и внедрено в хозяйствах Челябинской, Свердловской, Курганской областей, Республики Башкортостан и Северного Казахстана более 90 конусно-сетчатых калибраторов КСК-1.8.
Белебеевское РТП совместно с ГНУ ЮУНИИПОК установили конусно-сетчатые калибраторы КСК-1.8 в линии КСП-15 и КСП-25, по рекомендации института переоборудовали каскадные элеваторы картофелекопателей КСТ-1.4 на вибрационные, изготовили на базе РТП устройства для отделения крупных клубней в линии загрузки картофелехранилищ совместно с ТЗК-30 и внедрили в хозяйствах Белебеевского района Башкортостана.
Апробация результатов. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на научно-технических конференциях Челябинской государственной агроинженерной академии в 1997–2013 гг., ГНУ «Челябинский НИИ сельского хозяйства» (2004 г.), ГНУ «Кемеровский НИИ сельского хозяйства» (2006 г.), на Координационном совете по селекции, семеноводству и технологии картофеля НИУ Урала, Поволжья, Западной Сибири и Северного Казахстана (2003, 2006, 2007 гг.).
Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в 58 научных статьях, в том числе 13 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, включающего в себя 232 наименования. Работа изложена на 319 страницах машинописного текста, содержит 102 рисунка, 35 таблиц и 29 приложений.
Повреждения клубней в процессе транспортировки картофеля
Элеваторные копатели появились более ста лет назад и до сего времени являются наиболее распространенными картофелеуборочными машинами как в нашей стране, так и за рубежом. Как правило, они имеют лемех, закрепленный жестко на раме, и сепарирующий рабочий орган - прутковый элеватор, имеющий один или несколько последовательно расположенных транспортеров. Рабочие поверхности транспортеров состоят из поперечных металлических прутков. Для интенсификации разрушения пласта полотно элеватора совершает колебательные движения.
Наклонный сепарирующий рабочий орган у современных картофелеуборочных машин [27, 156] содержит раму, несущую ведущее и ведомое звенья с охватывающим их бесконечным прутковым полотном, под рабочей ветвью которого размещен встряхиватель.
Прутковые элеваторы, удовлетворительно выполняя технологический процесс сепарации почвы, являются одним из источников механического повреждения клубней. Вместе с тем, вследствие весьма тяжелых условий работы срок их службы не превышает в среднем одного сезона.
По характеру эпюр [133, 195] износа звеньев и роликов можно утверждать, что износ деталей происходит в основном в процессе встряхивания ведущей ветви элеватора, а не при зацеплении звеньев со звездочкой. Именно при встряхивании образуется круговая эпюра износа на роликах, изнашиваются скобы и сопряженные с ними участки прутков.
Это обусловило значительное развитие работ по изысканию путей повышения долговечности прутковых элеваторов как в нашей стране, так и за рубежом. Сепарирующие рабочие органы предназначены для разрушения подкопанного лемехом пласта, отделения клубней от почвы и примесей и для передачи на последующие рабочие органы машины. Широкое распространение прутковый элеватор получил благодаря простоте конструкции и возможности одновременно с сепарированием осуществлять транспортирование пласта вверх при угле наклона 20-25о.
К рабочим органам просеивающего типа предъявляются следующие основные требования: высокая производительность, высокая полнота отделения почвы и минимальные потери и повреждения клубней (2-3 %) [156].
Прутковый элеватор представляет собой транспортер, полотно которого состоит из поперечных прутков, шарнирно соединенных друг с другом по краям на определенном расстоянии.
Основными параметрами пруткового элеватора, которые определяют интенсивность и полноту сепарации, являются угол наклона рабочей ветви к горизонту, скорость полотна, длина рабочей ветви, ширина полотна и интенсивность встряхивания рабочей ветви элеватора. Интенсивность встряхивания определяется конструкцией встряхивателя и его параметрами. Наиболее часто в качестве встряхивателей применяют пассивные эллиптические звездочки, которые вращаются за счет сцепления с движущимся полотном элеватора, и рычажно-роликовые механизмы, которые имеют индивидуальный привод.
Скорость полотна элеватора определяет интенсивность сепарации, так как от нее зависит продолжительность нахождения сепарируемой массы на рабочей поверхности. При определении нижнего предела скорости элеватора V эл исходят из того, что нельзя допускать сгруживания поступающей массы. Для пруткового элеватора это условие описывается зависимостью [156] Vэл VJсosaэл (1.1) где Vм - скорость машины; «эл – угол наклона рабочей ветви пруткового элеватора к горизонту. Повышенная скорость элеватора способствует растаскиванию пласта, следовательно, и более быстрому разрушению его и лучшей сепарации. Однако при чрезмерно больших значениях скорости элеватора почва не успевает полностью просеяться и возрастает процент поврежденных клубней. Для прутковых элеваторов современных конструкций наиболее рациональная скорость, соответствующая наибольшему проценту сепарации, составляет 1,5-2,5 м/с [149,156].
Скорость полотна пруткового элеватора с эллиптическими встряхивателями обусловливает интенсивность работы встряхивателя. Для интенсивной сепарации необходимо, чтобы при встряхивании пласт отрывался от полотна элеватора.
Полотно элеватора имеет линейную скорость Vэл, кроме того, встряхивается эллиптическими встряхивателями, которые свободно вращаются на осях, а зубьями сцепляются с полотном элеватора. Таким образом, встряхиватель вращается на оси с переменной угловой скоростью, которая зависит от линейной скорости полотна элеватора и размеров a и b встряхивателя.
Встряхивающие звездочки прутковых элеваторов могут иметь разнообразную форму: двухрожковую, трехрожковую и эллиптическую. По данным Г.Д. Петрова, звездочки первого и второго типа по характеру взаимодействия можно отнести к ударным. Они периодически выходят из зацепления с полотном. Нормальные составляющие скорости и ускорения полотна при этом резко увеличиваются. Более плавно колеблет полотно эллиптический встряхиватель. Поэтому встряхивающие звездочки этого типа используются на всех отечественных комбайнах и широко применяются на зарубежных [156]. Элементы теории работы элеваторов с эллиптическими встряхивателями были разработаны рядом авторов: Н.В. Фирсовым, М.Н. Летошневым, А.А. Сорокиным и др. Однако в их работах очень упрощалась схема процесса встряхивания полотна.
Модель технологического процесса уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля
Итак, на эффективность уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля наиболее сильно влияют цена реализации картофеля (линии 1,3 и 2,4) и вероятностный показатель качества выполнения технологических операций, т.е. процент механически поврежденных клубней картофеля в процессе уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля.
Анализ изменений затрат на уборку и послеуборочную доработку семенного картофеля с единицы площади (см. рис. 2.3), выхода продукции в денежном выражении с единицы площади (см. рис. 2.4) и эффективности процесса уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля (см. рис. 2.5) в зависимости от вероятностного показателя качества выполнения технологических операций показывает, что кроме цены реализации продукции, на эффективность влияют качество выполнения технологических операций и выбранная технология с комплексом машин и рабочих органов (см. рис. 2.5 линия 1,2 или 3,4) .
Максимальная эффективность уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля достигается при минимальных значениях вероятностного показателя качества выполнения технологических операций и затрат на уборку и послеуборочную доработку семенного картофеля единицы площади, то есть при
Таким образом, при высокой цене реализации семенного картофеля эффективна любая технология уборки с соответствующим данной технологии комплексом машин и рабочих органов. Наиболее эффективна технология с минимальными потерями.
Вероятностный показатель качества выполнения технологических операций при уборке и послеуборочной доработке семенного картофеля можно минимизировать совершенствованием рабочих органов машин, взаимодействующих с клубнями картофеля, совмещением операций и изменением механизма взаимодействия клубней с рабочими органами (условие 2.15).
Затраты на снижение механических повреждений клубней при уборке и послеуборочной доработке семенного картофеля можно минимизировать выбором соответствующих способов, методов и технологий для снижения повреждений. Например, выбором требуемых агротехникой сроков скашивания ботвы, влияющих на прочность кожуры клубня, или использованием более дорогой, чем базовая комплектация, техники с опциями снижения высоты падения клубней, регулирования оборотов сортирующих роликов и тому подобное.
Затраты на уборку и послеуборочную доработку семенного картофеля (условие 2.16) можно минимизировать путем применения соответствующей технологии, отвечающей климатическим и агротехническим условиям возделывания картофеля. Например, с использованием технологии уборки семенного картофеля с ручным или с механизированным подбором клубней, технологии хранения семенных клубней в контейнерах или технологии навального хранения.
Клубни с механическими повреждениями в процессе хранения теряют массу, больше других клубней подвержены заболеванию, способствуют перезаражению клубней в процессе хранения. Поэтому, чем меньше в картофельном ворохе клубней с механическими повреждениями (внешними и внутренними), тем выше технико-экономический эффект от технологических операций уборки и послеуборочной доработки картофеля.
Общие потери клубней с механическими повреждениями в период хранения на 5-7 % выше по сравнению с потерями неповрежденных клубней (естественная убыль, гниль) [3, 37, 54, 55, 57, 95,144,179, 198].
При весенней сортировке крупная фракция отделяется от семенной фракции и идет на реализацию как продовольственный картофель. Известно, что крупные клубни более подвержены механическим повреждениям, поэтому целесообразно их отделять перед закладкой на хранение. При этом значительно увеличится полезный объем хранилища для хранения семенной фракции.
Таким образом, для того чтобы совершенствовать технологии и рабочие органы машин для уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля по условию (2.16), необходимо определить механически поврежденные клубни на тех или иных рабочих органах и технологических операциях.
Совершенствование технологического процесса уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля, как и любой культуры, определяется исходными данными, необходимыми для синтеза всей технологической цепочки, начиная от операции уборка урожая до операции послеуборочная доработка.
Как отмечалось выше, механические повреждения клубней влияют на потери при уборке и хранении картофеля, а значит, и на эффективность технологии уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля. В первой главе отмечено, что при комбайновой уборке механические повреждения клубней достигают 30-80%, а при ручном подборе – 15 %.
Потери делятся на прямые и косвенные. Прямые потери – то, что осталось в земле и на поле. Косвенные потери – отходы и снижение будущей урожайности, вызванные механическими повреждениями. Механические повреждения бывают внешними и внутренними. Внешние повреждения - это содранная кожура, вырывы, порезы. Содранная кожура - результат фрикционных нагрузок (трение скольжения), вырывы и порезы – результат некачественных регулировок (глубина выкопки, величина зазора и давления). Внутренние повреждения - это потемнение мякоти, как реакция биологического объекта на ударное воздействие. Известно, что 70% механических повреждений приходится на внутренние повреждения. Особенно сильно ощутимы потери от механических повреждений клубней в оригинальном семеноводстве картофеля. В целом потери нового урожая от механических повреждений семенных клубней достигают 25 %.
В технологической цепочке уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля клубни испытывают ударное воздействие на рабочих органах (пассивные и активные встряхиватели сепарирующих рабочих органов), на перепадах в технологической цепочке картофелеуборочных машин, при загрузке и разгрузке приемных устройств технических средств, используемых в рассматриваемой системе, и на перепадах из одного транспортера на другой при транспортировке картофеля в закрома картофелехранилища.
Взаимосвязь механических повреждений клубней картофеля и технологических операций представлена на рисунке 2.6.
В верхней части рисунка приводятся параметры, характеризующие условия уборки картофеля: температура окружающего воздуха t, влажность почвы W, физико-механические свойства и структура почвы CП, сроки удаления ботвы Тб и структура урожая Q. В нижней части рисунка представлены технические средства и параметры управления качеством продукции. К ним относятся типы рабочих органов картофелеуборочных машин (комбайн, копалка), геометрические и технологические параметры технических средств, используемых в технологической цепочке уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля. Это рабочая скорость агрегата v, количество перепадов в технологической линии уборки, транспортировки, сортировки картофеля n, геометрические параметры кузова транспортного средства, влияющие на высоту падения h и на количество клубней, испытывающих фрикционные нагрузки (площадь основания приемного устройства S, объем приемного устройства V), типы рабочих органов для сортировки и отделения крупной фракции картофеля.
Исследование работы эллиптического встряхивателя сепарирующего рабочего органа картофелеуборочной машины
Вероятность наступления события К7 – повреждения клубней картофеля в процессе загрузки приемного бункера в технологической операции закладка картофеля на хранение – определяется по выражению (2.67), при ширине подачи картофельного вороха, равной ширине основания платформы самосвального транспортного средства, при высоте сбрасывания, равной высоте заднего борта приемного бункера, и массе картофеля в кузове транспортного средства.
Вероятность наступления события К8 – повреждения клубней картофеля на перепадах линии комплекса транспортеров и в процессе транспортировки картофеля в хранилище и засыпки навалом – определяется как сумма вероятностей совместных, независимых событий на перепадах комплекса транспортеров при соответствующих ширине подачи картофельного вороха, равной ширине транспортерной ленты, и высоте падения относительно объема приемного устройства, отнесенная к массе картофеля в кузове транспортного средства. В основном высота падения клубней на перепадах не превышает допустимого значения, и клубни падают на прорезиненную поверхность очередного ленточного транспортера. В конце комплекса транспортеров расположен транспортер-загрузчик ТЗК-30 с приемным бункером. Высота падения клубней в приемный бункер превышает допустимое значение.
Вероятность наступления события К9 - повреждения клубней картофеля в процессе хранения, как уже отмечали выше, равна нулю, так как в этот период клубни механических повреждений не получают.
Статистические вероятности наступления события К10 - повреждения клубней картофеля в процессе весенней сортировки картофеля различными сортировальными машинами - известны. В таблицах 1.3 - 1.6 (глава 1) приведены результаты испытаний сортировальных машин с различными типами рабочих органов [156]. В частности, для роликовых сортировальных рабочих органов статистическая вероятность наступления события повреждения клубней картофеля семенной фракции Р(К10) = 10,53 - 23,15 %, для ременных рабочих органов этот показатель соответствует 0,7 - 0,9 %.
При уборке картофеля с ручным подбором клубней статистические вероятности наступления событий Kj и К2 аналогичны соответствующим событиям при механизированной уборке, так как подкапывающие рабочие органы (лемех) и сепарирующие рабочие органы (прутковый элеватор) у картофелекопателя и картофелеуборочного комбайна одинаковые.
Статистическая вероятность наступления события К3 - повреждения клубней картофеля в процессе транспортировки собранного в тару (в ведро) картофеля к бункеру-накопителю - равна нулю, так как травмирования при этом не происходит. Статистическая вероятность наступления события К4 -повреждения клубней картофеля при накоплении их в бункере-накопителе (контейнере) - определяется выражением (2.67) как расчетный процент клубней, упавших с высоты, превышающей допустимую высоту падения клубней на клубни (более 0,5 м), при ширине подающего в бункер-накопитель горловины ведра В = 0,2 м, плотности картофельной насыпи р = 640 кг/м3, массе картофеля в контейнере М = 0,272 т, высоте сбрасывания клубней И = 0,8 м, а также с учетом количества начального картофельного слоя на дне бункера-накопителя.
В процессе погрузки контейнеров на платформу транспортного средства, их транспортировки, разгрузки, при перемещении их в хранилище электрокаром и в процессе самого хранения клубни находятся в состоянии покоя и не травмируются. Поэтому статистические вероятности наступления событий К4, К5, К6, К7, К8, К9 при ручном подборе клубней равны нулю. Статистическая вероятность наступления события К10 аналогична соответствующему событию при механизированной уборке, потому что весенняя сортировка производится теми же сортировальными машинами и по той же технологии.
Статистические и расчетные вероятности Р(Кi) наступления события – повреждения клубней на рабочих органах машин и технологических операциях уборка и послеуборочная доработка семенного картофеля с механизированным подбором клубней и доставкой собранного картофеля на место хранения автосамосвалом ГАЗ- САЗ 4509 – представлены в таблице 2.6, то же с ручным подбором клубней в контейнеры – в таблице 2.7.
Сравнительный анализ технологий уборки и послеуборочной доработки картофеля (таблицы 2.6, 2.7, рисунки 2.28, 2.29) показывает, что при механизированном подборе клубней вероятность повреждения клубней значительно выше, чем при ручном подборе: 37,4 - 64,1 % без опции автоматического регулирования высоты падения клубней в бункер- накопитель и 20,6-34,2 % при ручном подборе клубней.
Это связано с отсутствием источника травмирования клубней при ручном подборе клубней на технологических этапах транспортировка и закладка на хранение. В расчетах допустимая высота падения принята в интервале от 0,3 м до 0,5 м. Вероятность наступления события повреждения клубней при сепарации и транспортировке на основном элеваторе картофелеуборочной машины имеет самое большое значение (6,2 – 8,2 %) на технологической операции уборка.
Ленточно-щелевой рабочий орган для отделения крупных клубней
В процессе разгрузки самосвального транспортного средства клубни, соприкасающиеся с дном кузова и боковыми бортами, подвергаются механическм повреждениям под действием трения.
Явление схода всей массы клубней со скольжением при разгрузке кузова самосвального транспортного средства опрокидыванием наблюдается как осенью во время уборочных работ, так и весной во время посадки картофеля.
В лаборатории элитного семеноводства картофеля ГНУ Южно-Уральский НИИ плодоовощеводства и картофелеводства осенью 2012 и весной 2013 гг. были проведены опыты по определению закладки картофеля на хранение после уборки комбайном DR-1500 клубни картофеля сорта Тарасов, лежащие на платформе и контактирующие с дном кузова, для анализа вылавливали в процессе разгрузки самосвального транспортного средства (ГАЗ-53) непосредственно под платформой кузова на перепаде в приемный бункер. Весной после хранения механических повреждений клубней картофеля, контактирующих с поверхностью платформы кузова транспортного средства, в процессе разгрузки опрокидыванием кузова.
Методика опыта. Опыт проводился в трехкратной повторности. Осенью во время клубни картофеля в количестве 300 штук обрабатывали побелкой для садовых деревьев. Меченные таким образом клубни высыпали на пустую платформу кузова в один слой по 100 клубней. После этого транспортное средство загружали обычными семенами картофеля. На поле в процессе загрузки приемного устройства картофелесажалки семенами картофеля опрокидыванием кузова транспортного средства назад вылавливали меченые клубни для анализа.
Поверхность платформы кузова автомобиля ГАЗ-53, используемого в опыте, была не гладкой, а с поперечными и продольными сварными швами. Весной в процессе загрузки транспортного средства (ГАЗ-53) семенами картофеля было отмечено, что часть меченых клубней оказалась в массе немеченых. Т.е. не все меченые клубни оказались на поверхности платформы кузова.
В опытах, проведенных осенью, было выловлено по 200 клубней для анализов, а весной в среднем по 87 клубней в каждом опыте. Результаты анализа по определению количества клубней с содранной кожурой мякотью в процессе трения о поверхность платформы кузова представлены на рисунке 3.21. Механические повреждения клубней в процессе трения отличаются тем, что кожура клубня сдирается вместе с незначительной частью мякоти. Осенью повреждения более глубокие, чем весной, причем осенью 87,5 %, а весной 53,0 % клубней имели механические повреждения в виде содранной кожуры и мякоти. Снижение или исключение этого вида механического повреждения позволит повысить сохранность клубней при хранении и увеличить будущий урожай картофеля. Разгрузку транспортного средства без схода всей массы возможно осуществить, если создать условие для скатывания верхних клубней по нижележащим клубням под действием собственного веса до полного опорожнения кузова.
Рассмотрим схематично расположение одного из верхних клубней (рисунок 3.22), лежащего на поверхности насыпи в кузове транспортного средства. Допустим, что клубни имеют одинаковые геометрические размеры. Угол трения качения клубней = 13…17о [141, 187]. Для перекатывания верхнего клубня по нижележащим клубням необходимо платформу кузова транспортного средства поднять на угол =30о и с учетом угла трения качения довести этот угол до 43 – 47о. Это возможно было бы при разгрузке калиброванного семенного материала, когда размеры клубней отличаются друг от друга незначительно.
Размеры семенных клубней категории оригинальные семена изменяются в больших пределах: толщина от 25 до 84 мм, ширина от 35 до 84 мм, длина от 40 до 120 мм [187]. Соответственно платформу кузова необходимо было бы поднять на угол выше 47о.
Так как угол трения скольжения клубней о железную листовую поверхность составляет 29-31о и при достижении угла подъема платформы кузова этого значения произойдет сход всей массы клубней со скольжением, то для исключения процесса схода всей массы клубней необходимо увеличить шероховатость поверхности платформы кузова и довести её коэффициент трения до коэффициента трения качения клубней по клубням. При выполнении этого условия верхние клубни будут перекатываться по нижележащим до полного опорожнения кузова транспортного средства при постепенном подъеме платформы кузова транспортного средства.
Чтобы угол трения скольжения клубней по железной листовой поверхности стал равным углу трения качения клубней по клубням, необходимо, чтобы дно кузова представляло собой поверхность, образованную из клубней. Иначе говоря, при разгрузке кузова транспортного средства опрокидыванием слой клубней на платформе должен оставаться там до полного опорожнения кузова.
