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

Так как датчик находится  на некотором удалении от полотна элеватора, рассмотрим падение частиц почвы от элеватора без учёта сил сопротивления воздушной среды. Расчетная схема приведена на рисунке 20.

Тогда скорость почвы, попадающей на датчик, будет складываться из двух составляющих:

                                                                (38)

Абсолютная скорость почвенных частиц будет:

                                                                                    (39)

Рисунок 20 - Схема к определению движения просеявшейся частицы.

Определив траекторию движения частиц, и задавшись шириной пластины датчика l₂=0,07 м, мы определили время нахождения просвета над датчиком t₁=0,035 с. Положение датчика относительно элеватора будет также определять скорость просеявшихся частиц V. При этом скорость частиц, полученная от элеватора V_П, будет преобладать при расположении датчика на расстоянии по высоте до 0,1 м от элеватора. Дальнейшее увеличение расстояния между верхней ветвью элеватора и датчиком ведет к преобладанию вертикальной скорости, что при значительном сопротивлении воздуха (ветреная погода) может привести к нестабильности показаний. Следует учитывать, что просеявшееся частица за время падения на 0,1 м вниз, пролетит в направлении движения элеватора около 0,25 м.

В седьмом  разделе «Организационно-экономические аспекты технологии уборки картофеля  с применением активных рабочих органов и оперативного контроля качества работы картофелеуборочных машин» представлена технологии уборки с применением оперативного контроля качества и активных рабочих органов картофелеуборочных машин, а также рассчитана экономическая эффективность её внедрения.

При внедрении технологии уборки картофеля в хозяйствах: СПК имени Кирова, «ИП Пеньшин В.А. Глава КФХ», СХПК «Трепольский» Михайловского района Рязанской области была произведена модернизация подкапывающих и сепарирующих рабочих органов на картофелекопателях КТН-2В, КСТ-1,4, копателях-погрузчиках Е-684 и картофелеуборочных комбайнах КПК-2-01. Для поддержания оптимальной скорости уборочных агрегатов использовалось устройство для регулирования загрузки сепарирующих рабочих органов. Оперативный контроль повреждений клубней картофеля осуществлялся с помощью прибора для контроля повреждений ПКП-10.

Настройка уборочной техники предварительно производилась на регулировочной площадке по результатам агротехнической оценки. Затем на основании пробного прохода оценивалось качественные показатели. Качество работы комбайнов оценивалось по следующим основным показателям: чистота клубней в таре, повреждения клубней и потери картофеля в поле. Отбор клубней производился из бункера комбайна и с поверхности поля после прохода комбайна. Степень повреждения клубней определяли прибором контроля повреждений. Пробу клубней размером не менее 50 г и общим весом не менее 6,5 кг помещали в прибор и определяли ее объем. Затем прибор герметизировали, нагнетали давление и по величине деформации определяли повреждения клубней. По итогам оценки качественных показателей проводились корректировки выбранных режимов картофелеуборочных машин, а также выбор оптимальных режимов и скорости движения. Выбранные рациональные режимы поддерживались с помощью устройства контроля просева почвы сепарирующими рабочими органами.

По итогам внедрения  технологии уборки картофеля предложено при работе групп картофелеуборочных машин назначать рабочего из числа комбайнеров для оперативного контроля качества их работы. Рабочий  осуществляет контроль потерь картофеля, чистоты и повреждений клубней в бункере машин, а также помогает проводить настройку картофелеуборочных машин. Применение предложенной технологии уборки картофеля с активными рабочими органами и оперативным контролем качества в хозяйствах: СПК имени Кирова, «ИП Пеньшин В.А. Глава КФХ», СХПК «Трепольский» Михайловского района Рязанской области позволило снизить общие потери картофеля на 5,3% , а общие повреждения клубней на 6,2%, улучшить контроль рабочего процесса уборочных машин

Суммарный экономический эффект от использования  технологии уборки с применением активных рабочих органов и оперативным контролем качества работы уборочных машин составил 1529397 руб. в год (25490 руб. в расчете на 1 га) при уборке 60га.

Общие выводы, предложения и рекомендации производству

1. Анализ современных  технологий и машин для уборки  картофеля показал, что технологии  имеют существенные недостатки, а машины порой неработоспособны  в сложных почвенно-климатических условиях. Отсутствует оперативный контроль повреждений клубней и соответственно контроль качества работы картофелеуборочных машин, что приводит к снижению качества уборки.  Подкапывающие рабочие органы захватывают большое количество «лишней» почвы и склонны к сгруживанию пласта на повышенных скоростях, особенно на тяжелых почвах. Сепарирующие рабочие органы имеют недостаточную сепарирующую способность, залипают в условиях повышенной влажности и наносят значительные повреждения клубням картофеля. Анализ научно-исследовательских работ показывает, что на подкапывание и сепарирование приходится, примерно, 70% энергозатрат, 60% потерь клубней, 40% повреждений. Поэтому необходима разработка такой технологии и машин для уборки картофеля, которые способны работать в сложных условиях на основе применения активных рабочих органов, оперативного контроля качества уборки и настройки на рациональный режим работы.

2. Подкапывающие рабочие  органы должны иметь низкое  тяговое сопротивление и способствовать безпрепятственной передаче клубненосного пласта на сепарирующий элеватор. Конструктивно-технологическая схема подкапывающего рабочего органа должна включать опорно-опрессовывающий каток, вертикально расположенные приводные диски с грунтозацепами и установленный между ними секционный лемех. Исследования захвата почвы показали, что при глубине подкапывания  0,20 м разработанный рабочий орган забирает почвы на 3…5% меньше в сравнении с серийным КПК-2.01, при увеличении глубины подкапывания до 0,22 м при глубокой посадке картофеля или при рассыпании грядки поступление почвы снижается на 10…12%. Размещение на приводных отрезающих дисках грунтозацепов, выполненных по логарифмической кривой с постоянным углом скольжения 60⁰, улучшает крошение и транспортировку клубненосного пласта по лемеху. При установке 4 грунтозацепов на активном диске, тяговое сопротивление рабочего органа снижается на 15... 17% до величины 1200... 1250 Н,  по сравнению с  плоским диском. Исследованиями установлено, что наиболее экономичным режимом работы дисков является соотношение окружной и поступательной скорости диска 1,7…2,2.

3. Сепарирующий рабочий орган должен содержать элеватор с полотном, на котором через один пруток с радиальным зазором установлены трубки из полиэтилена высокого давления, а под полотном активатор с винтовой навивкой и собственным приводом. При движении пруткового полотна трубки взаимодействуют с винтовой навивкой активатора и почвой, образуя  «бегущие» каскады. При этом происходит подбрасывание трубок и их проворачивание, что приводит к переориентации компонентов почвенно-картофельного вороха, уменьшению налипания почвы на прутки, улучшению сепарации. Увеличение площади контакта клубней с трубками и уменьшение силы удара клубней о свободно перемещающиеся трубки способствует снижению повреждений клубней. Степень воздействия трубок комбинированных прутков на ворох определяется частотой вращения активатора и шагом витка спирали.

4. Теоретические исследования  сепарации картофельного вороха  показывают, что частицы размером  более 0,62 величины просвета между  прутками склонны к непросеву  и снижают сепарирующую способность пруткового элеватора. При величине просветов между прутками элеватора около 0,028 м для уменьшения непросева размер частиц вороха не должен превышать 0,018м.

5. Исследование силового  взаимодействия комбинированного  прутка показало, что вращение  трубки возможно только в начальной фазе контакта с витком активатора, при последующем движении, вне зависимости режима работы активатора, величины вороха на элеваторе, трубка будет окатываться относительно прутка без скольжения. Исследования взаимного влияния диаметра трубок на шаг расстановки комбинированных прутков показали, что высокая сепарация и минимальные потери клубней картофеля массой  около 30 г наблюдаются при следующих параметрах элеватора с комбинированными прутками: шаг расстановки прутков с диаметром 0,011 м составляет 0,043 м, а наружный диаметр трубок 0,025 м при внутреннем 0,021 м.

6. В результате теоретических исследований движения трубки комбинированного прутка получена математическая модель, которая позволила исследовать значения скоростей и ускорений трубки. Исходя из условия неповреждаемости клубней картофеля и эффективности сепарации установлены рациональные параметры и режимы работы элеватора с «бегущими» каскадами: внешний диаметр трубки комбинированного прутка 0,025 м; диаметр активатора 0,07 м; высота навивки 0,015 м; угловой шаг спирали 0,2 м; угловая скорость активатора 7 рад/с; линейная скорость полотна элеватора 1,8 м/с. Экспериментальные исследования элеватора с «бегущими» каскадами подтвердили расчетные значения. Исследования кинематики трубок комбинированных прутков показали, что при внешнем  диаметре  0,025 м трубка совершает 3,5 оборота на 1 м пробега полотна, в результате получены рациональные значения скорости полотна элеватора находятся в пределах 1,8…1,85 м/с и частоты вращения активатора в пределах 75…80 об/мин. При этих режимах достигается наилучшая сепарация почвы, равная  0,90.

7. Экспериментальными исследованиями повреждаемости клубней картофеля копром с бойками различной формы и площадью рабочей поверхности установлено, что минимизировать повреждения клубней картофеля возможно, увеличив  площадь контакта клубня с рабочими поверхностями. Оптимальная площадь, исходя  из  условия минимальных повреждений клубней, будет:

- плоского бойка - 2,4…2,7 см², поврежденный объем менее 0,1 см³;

- сферического бойка  - 2,3…2,7 см², поврежденный объем 0,4 см³;

- цилиндрического бойка  - 2,4…2,7 см², поврежденный объем 0,6 см³.

Установлено, что для  всех трёх типов бойков критической  является площадь 1,4 см², меньше которой наблюдается значительное увеличение внутренних повреждений клубней картофеля.

8. Установлено, что оперативный контроль внутренних повреждений клубней картофеля можно осуществлять наложением на них давления в жидкости. Прибор для определения повреждений клубней  должен содержать герметизирующуюся емкость, систему подачи воздуха, манометр для контроля давления в емкости, уровнемер рабочей жидкости и вытеснитель, расположенный на крышке прибора. Работа прибора осуществляется следующим образом. В емкость  закладывается отобранная проба картофеля с массой клубней не менее 50…70 г, заливается водой и замеряется общий объем пробы. Емкость плотно закрывается крышкой и в ней нагнетается избыточное давление воздуха. По величине падения уровня жидкости в течение 1…2 минут определяется степень повреждения клубней. Установлено, что для достоверного определения степени повреждения клубней достаточна масса пробы 6,5…7 кг, 4…5 л рабочей жидкости, рабочее давление не превышающее 0,3 МПа.

9. В результате экспериментальных исследований установлена связь между подачей почвенно-картофельного вороха и скоростью сепарирования почвы на прутковом элеваторе. Подача вороха определяется скоростью уборочной машины и параметрами подкапывающих рабочих органов, а скорость сепарирования зависит от величины просветов между прутками, работы интенсификатора, площади элеватора и свойств почвы. Для обеспечения рациональной подачи вороха предложено использовать устройство контроля просева почвы. Устройство  состоит из инерционного датчика, который устанавливается под полотно сепарирующего элеватора, сравнивающего блока, задатчика и индикаторного табло. Положение пластины с датчиком ДН-3-М1 относительно элеватора будет также определять скорость просеявшихся частиц. При этом скорость частиц, полученная от элеватора, будет преобладать при расположении датчика на расстоянии до 0,1 м от элеватора. Следует учитывать, что просеявшаяся частица за время падения на 0,1 м вниз, пролетит в направлении движения элеватора около 0,25 м.

10. Картофелеуборочный комбайн КПК-2.01, оборудованный модернизированными рабочими органами, с устройством для контроля просева почвы на рабочих органах обеспечивает технологическую надежность и высокую чистоту клубней в бункере около 93,4%. Оптимизация загрузки рабочих органов позволила снизить повреждения клубней в 1,7 раза, и уменьшить общие потери на 3,6% по сравнении с серийным комбайном.

11. Применение предложенной технологии уборки картофеля с активными рабочими органами и оперативным контролем качества в хозяйствах СПК имени Кирова, «ИП Пеньшин В.А. Глава КФХ», СХПК «Трепольский» Михайловского района Рязанской области позволило в среднем снизить общие потери картофеля на 5,3% , а общие повреждения клубней на 6,2%, улучшить контроль рабочего процесса уборочных машин. Экономический эффект от внедрения технологии уборки картофеля с активными рабочими органами и оперативным контролем качества достигается за счет снижения потерь, уменьшения механических повреждений убираемого картофеля на основе переоборудования картофелеуборочного комбайна КПК-2-01 и настройки его в поле составляет 25490 руб в расчете на 1 га  при уборке 60 га в год.

Соискателем по теме диссертации опубликовано 53 печатных работы, из них:

- в списке изданий,  рекомендованном ВАК, для докторских  диссертаций 8 работ:

1. Костенко М.Ю., Горячкина И.Н. Исследование силовых параметров комбинированных прутков сепарирующего элеватора картофелеуборочной машины //Механизация и электрификация с/х. – 2010. - № 2. – С. 3-5.
2. Костенко М.Ю., Горячкина И.Н. Сепарирующий элеватор с комбинированными прутками // Механизация и электрификация с/х – 2009.- № 10. С. 4-5.  
3. Костенко М.Ю., Горячкина И.Н. Оптимизация параметров элеватора для сепарации картофельного вороха//Механизация и электрификация с/х. – 2009. - № 11. – С. 13.
4. Костенко М.Ю., Костенко Н.А. Вероятностная оценка сепарирующей способности элеватора картофелеуборочной машины. // Механизация и электрификация сельского хозяйства, №12, 2009. С. 4.
5. Костенко М.Ю., Соловкин О.Н., Суздалева Г.Ф. Обоснование конструктивных и кинематических параметров элеватора картофелеуборочной машины //Механизация и электрификация с/х – 2003.- № 12. С. 26-27.
6. Костенко М.Ю., Шапошников А.Н., Горячкина И.Н. Определение внутренних повреждений картофеля// Механизация и электрификация с/х. – 2008. - № 11. – С. 14.
7. Костенко М.Ю., Шапошников А.Н., Горячкина И.Н., Костенко Н.А. Методика настройки картофелеуборочного комбайна // Тракторы и сельхозмашины №11,2009 С. 45-48.
8. Латышенок М.Б., Костенко М.Ю., Горячкина И.Н. Исследование кинематических показателей сепарирующего элеватора с комбинированными прутками //Тракторы и с/х машины. – 2010. - № 1. – С. 41-43.