Технология уборки картофеля в сложных полевых условиях с применением инновационных решений в конструкции и обслуживании уборочных машин

Для определения влияния  скорости полотна элеватора с  «бегущими» каскадами, частоты вращения активатора на эффективность сепарации проводился многофакторный эксперимент. Специально подготовленный ворох укладывали в лабораторный лоток, не разрушая пласт. Затем, для моделирования заданной 50-60 кг/с подачи ворох массой 20 кг подавался на участок полотна длиной 0,7…0,8 м. Под рабочей ветвью полотна элеватора были поперечно размещены лотки шириной 0,25 м таким образом, чтобы в них попала почва, просеявшаяся в просветы между прутками по длине полотна. Определение массы подаваемого вороха, почвы в лотках, а также вороха, сошедшего с элеватора, производили при помощи электронных весов до 50 кг с погрешностью ±10 г. Повторность опытов трехкратная.

По опытным данным была рассчитана математическая модель, выражающая зависимость сепарации почвы на элеваторе с «бегущими» каскадами от изменения скорости полотна элеватора и частоты вращения шнека активатора.  Для прутков с внешним диаметром 0,025 м было получено следующее уравнение регрессии:

 

          ,                                                            (23)

где ε – сепарирующая способность;

      n – частота вращения шнека, об/мин;

      V_э – скорость полотна элеватора, м/с.

Анализ полученной графической  зависимости (рис. 14) показывает, что наилучшая сепарация почвы (0,90) достигается при скорости полотна элеватора 1,85 м/с и при частоте вращения шнека активатора 77 об/мин.

Рисунок 14  – Графическая  зависимость сепарации почвы на элеваторе с комбинированными прутками при трубках внешним диаметром 0,025 м от изменения скорости полотна и частоты вращения активатора.

Так как трубки свободно перемещаются на прутках, то изменение  величины просветов между прутками является вероятностным процессом  и зависит от размерных характеристик  клубней картофеля и условий  их прохождения между прутками. Следует отметить, что максимальный и минимальный размеры равновозможны. Вероятность отклонений размеров просветов от среднего зависит от возмущающего воздействия, диаметра трубки, а также свойств картофельного вороха.

Среднее значение величины просвета между комбинированными прутками определяются свободным положением трубки (рис. 15) и может быть установлено из выражения (24).

1 –пруток; 2 – быстросъемная  трубка; 3 – интенсификатор.

Рисунок 15 – Расчетная  схема к определению просветов между        прутками.

  ,        (24)

где  - среднее значение величины просвета между прутками, мм;

- шаг прутка, мм;

- наружный диаметр трубки комбинированного прутка, мм;

- диаметр стержня прутка, мм.

Максимальное и минимальное значения   величины просвета между комбинированными прутками можно определить по формулам

,                  (25)

;                                              (26)

где - толщина стенки трубки.

Если на прутках находятся компоненты картофельного вороха, то трубка отклоняется  от первоначального положения на угол

,         (27)

где - диаметр компонента (клубня), мм.

При отклонении трубки размер просветов меняется на величину

,      (28)

тогда размеры просветов  будут определяться из выражения

         (29)

 

Для определения шага расстановки прутков на элеваторе  исследовались потери клубней элеватором с комбинированными прутками. В опытах использовалась установка с изменяемым шагом прутков. Под рабочую зону ее полотна устанавливался опорный брус и металлические лотки, по опорному брусу перемещали интенсификатор. Потери клубней учитывались по двум параметрам массе (более 30 г) и толщине (более 28 мм) в штуках.

Результаты расчета  зависимости потерь клубней картофеля от диаметра трубок комбинированных прутков, шага прутков представлены уравнением регрессии.

Y =  6278,5555+ 20,8333*Х1 -304,6667*Х2 -0,4*Х1*Х2 +  

-0,0733Х1 *Х1+3,6667*Х2*Х2.    (30)

где Х1- внешний диаметр трубок, мм; Х2 – шаг прутков полотна, мм.

Графическая зависимость приведена на рисунке 16. Экспериментальные исследования показали, что оптимальные параметры элеватора с комбинированными прутками следующие: наружный диаметр трубок комбинированных прутков 25 мм, шаг расстановки прутков 43 мм. При этих параметрах наблюдаются высокая сепарация и минимальные потери клубней картофеля толщиной менее 28 мм или массой 30 г.

 

Рисунок 16 – Графическая зависимость потерь клубней картофеля (%) от диаметра трубок комбинированных прутковVar1(мм) и шага расстановки прутков Var2(мм).

 

 В пятом разделе «Исследование способа и технических средств  определения внутренних повреждений клубней методом наложения давления в жидкости» представлены исследования способа и технических средств оперативного определения повреждений картофеля.

Для определения внутренних повреждений картофеля  использован метод повышения давления, который учитывает различную сжимаемость поврежденных и неповрежденных тканей клубня картофеля.   Реализация данного метода возможна при обеспечении объемного сжатия клубней и измерения объема пробы картофеля до и при сжатии.

Корпус прибора представляет собой баллон 1 в виде цилиндрической трубы (рис. 17). Крышка 2 имеет воздушный штуцер 4 с обратным клапаном необходимый для подачи воздуха с целью получения внутри устройства рабочего избыточного давления. В нижней части крышки имеется вытеснитель 5 в виде стакана, который уменьшает площадь поверхности жидкости прибора, в котором находится проба клубней 6, увеличивая тем самым величину падения уровня рабочей жидкости в баллоне при сжатии пробы.

Пробу клубней весом  не менее 50 г каждый, помещают внутрь прибора, заполненного водой. По увеличению уровня жидкости в баллоне регистрируют объём помещённой в неё пробы клубней картофеля. Проводят герметизацию прибора путём установки на баллон крышки с последующей её фиксацией винтовым механизмом. Часть жидкости (излишки) должны перетечь в вытеснитель через его края, при этом устанавливается начальный уровень жидкости в баллоне. После этого через воздушный штуцер крышки нагнетают внутрь прибора воздух, создавая там определённое избыточное давление. По истечении периода релаксации пробы клубней (15-30 секунд) по уровнемеру регистрируют величину уменьшения объёма пробы от воздействия на неё избыточного давления.

1 – корпус; 2 – крышка; 3 – манометр; 4 – воздушный штуцер  с обратным клапаном; 5 – вытеснитель; 6 – клубни; 7 – жидкость (вода); 8 –  уровнемер.

Рисунок 17 – Схема прибора оперативного контроля повреждений клубней картофеля ПКП-10.

Величина рабочего давления устройства выбирается такой, чтобы  в процессе релаксации клубней происходило  бы сжатие главным образом повреждённых (ушибленных) тканей, потерявших прежнюю  упругость вследствие получения  ими механических повреждений.

Работу  , затрачиваемую на деформацию пробы клубней картофеля в предлагаемом устройстве, можно выразить через рабочее давление в устройстве Р; площадь поверхности жидкости , на которую действует давление; а также величину уменьшения уровня жидкости, которую определяют по уровнемеру.

Выразив силу через давление и площадь, получим

.     (31)

Подставляя полученное выражение в обобщённое уравнение Kлайперона, получаем 

  ,     (32)

где   – работа внешних сил по сжатию клубня в устройстве, Дж;

 – рабочее давление внутри  устройства,  Па;

 – объём клубня,  м³;

 – относительная объёмная  деформация клубня картофеля  от его сжатия давлением  .

Степень повреждения  клубня картофеля через относительные  объёмные деформации его повреждённых и неповреждённых тканей определится  как

.     (33)

где   – степень повреждения клубня картофеля;

 – относительная объёмная  деформация неповреждённых тканей  клубня;

 – относительная объёмная  деформация повреждённых тканей клубня.

Выражение для расчёта  рабочего объёма предлагаемого прибора  оперативного контроля внутренних повреждений  клубней картофеля:

,   (34)

где   – максимальная масса пробы клубней картофеля, помещаемой в устройство,  кг;

 – объемная масса картофеля  насыпная,  кг/м³;

          – внутренний диаметр трубки уровнемера, м;

 – плотность клубня картофеля,  кг/м³;

 – внутренний диаметр мерного баллона устройства,  м;

 – цена деления шкалы  уровнемера,  м³/м.

Для определения степени  повреждений применялась лабораторная установка, которая включала в себя прибор оперативного контроля повреждений клубней картофеля; маятниковый копёр; компрессор; тару для хранения клубней картофеля при проведении лабораторных опытов; ёмкость с запасом рабочей жидкости и весы.

Лабораторные опыты  с применением данной установки  проводились в следующей последовательности. Производился отбор пробы клубней картофеля сорта Латона. Величина пробы контролировалась взвешиванием при помощи весов. Точность взвешивания  ±10 г. Затем клубням исследуемой пробы наносились определённой величины и вида повреждения при помощи копра. Повреждённая проба помещалась в устройство оперативного определения степени повреждения клубней картофеля, куда предварительно заливалась жидкость (вода). По увеличению уровня жидкости внутри устройства определяли объём исследуемой пробы, после чего устройство герметично закрывали крышкой.

При помощи компрессора  через воздушный штуцер крышки нагнетали  воздух внутрь корпуса устройства для  создания рабочего давления. Объёмная деформация сжимаемой пробы картофеля  определялась после периода релаксации по уровнемеру устройства оперативного определения повреждений. Продолжительность периода релаксации составляла от 15 до 30с. По результатам анализа данных получены следующие уравнения регрессии, характеризующие зависимость относительной объёмной деформации проб клубней картофеля сорта Латона, имеющих различные степени механических повреждений, от величины избыточного давления:

для клубней картофеля  с пяти процентной степенью повреждения

;  (35)

для клубней картофеля  с десяти процентной степенью повреждения

;  (36)

для клубней картофеля  с пятнадцати процентной степенью повреждения

                 .  (37)

На рисунке 18 представлено графическое изображение данных математических моделей.

 

          Рисунок 18 – Графические зависимости относительной объёмной деформации пяти проб клубней картофеля сорта Латона с различной степенью повреждения от величины избыточного давления.

 

Анализируя полученные зависимости, можно видеть, что до избыточного давления 0,25…0,27 МПа графики деформаций клубней картофеля имеют линейный вид. Причем, начиная с давления 0,25 МПа, различия относительной объемной деформации клубней для различной степени повреждения меняются незначительно. Поэтому для повышения точности прибора оперативного контроля и не нанесения дополнительных повреждения клубням рабочее давление прибора стоит ограничить 0,27 МПа.

 

В  шестом разделе «Исследование устройства контроля технологического процесса картофелеуборочных машин» представлены исследования устройства контроля технологического процесса картофелеуборочных машин.

Качественно проведенная  настройка картофелеуборочного комбайна предполагает поддержание рациональных режимов и загрузки рабочих органов в соответствии с конкретными полевыми условиями.  Для повышения эффективности работы картофелеуборочного комбайна, поддержания рациональной загрузки рабочих органов было предложено устройство контроля просева почвы сепарирующим элеватором. Устройство состоит из инерционного датчика 2, который устанавливается под полотно сепарирующего элеватора 1, сравнивающего блока 3, задатчика 4 и индикаторного табло 5 (рис. 19).

1 – сепарирующий элеватор; 2 –инерционный датчик, 3 – сравнивающий  блок; 4 – задатчик; 5 – индикаторное  табло.

Рисунок 19 – Принципиальная схема устройства регулирования загрузки сепарирующего элеватора.

Инерционный датчик на виброизолированном основании устанавливается под верхней ветвью полотна элеватора и соединяется со сравнивающим блоком, расположенным на раме картофелеуборочной машины. Индикаторное табло устанавливается  на стекле кабины трактора и имеет ручку выбора режимов задатчика. Связь между элементами устройства осуществляется с помощью многожильного экранированного кабеля. Питание устройства происходит от батареек, либо от бортовой системы электрооборудования напряжением 12В.

Просеявшаяся сквозь прутки элеватора почва ударяет  по инерционному датчику. В зависимости  от количества просеявшейся почвы интенсивность  сигнала датчика меняется. Сигнал, попадая в сравнивающий блок, фильтруется от шумов и сравнивается с опорным уровнем, установленным задатчиком в процессе настройки. Устанавливая определенный уровень загрузки элеватора картофельным ворохом, мы можем влиять на интенсивность сепарации пруткового элеватора. Устройство для контроля просева почвы пруткового элеватора позволяет обеспечить высокую производительность картофелеуборочного комбайна, рациональную интенсивность сепарации и снижение повреждений клубней картофеля.