По результатам анализа проблем механизированной уборки картофеля, связанных с сепарацией клубненосного вороха в условиях повышенной влажности почвы, в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева» (ФГБОУ ВПО РГАТУ) разработано техническое решение [1], позволяющее повысить эффективность разделения компонентов клубненосного вороха на прутковом элеваторе (рис. 1).
1 – лемех; 2 – прутковый элеватор; 3 – барабан; 4 – приводной вал средства интенсификации сепарации; 5 – лопасть
Рис. 1. Конструктивно-технологическая схема средства интенсификации сепарации [1]
Устройство работает следующим образом. Лемех 1 подкапывает клубненосный пласт, который перемещается на сепарирующий прутковый элеватор 2. В зоне перемещения клубненосного пласта с лемеха 1 на элеватор 2 масса подвергается воздействию средства интенсификации сепарации. Лопасти 5 взаимодействуют с потоком материала, при этом происходит разрушение, разрыхление, разравнивание клубненосного пласта и более интенсивное его распределение по ширине пруткового элеватора 2. Также предотвращается сгруживание клубненосного пласта в зоне между лемехом 1 и элеватором 2.
Обоснование параметров разработанного средства интенсификации сепарации является необходимым, поскольку от их правильного выбора зависит выполнение следующих требований:
-
исключение повреждений клубней;
-
обеспечение максимальной производительности устройства.
Повысить эффективность разделения компонентов клубненосного вороха на прутковом элеваторе можно более равномерным распределением вороха на его поверхности. Определим ширину среза верхнего слоя гребня.
Рассмотрим сечение двух гребней с глубиной залегания клубней картофеля в виде косинусоиды (рис. 2).
Рис. 2. Схема к определению ширины среза гребня грядки
Введем параметры:
OB = A – амплитуда, мм; d – высота среза гребня, мм; CD = 2x0 – ширина среза гребня, мм; h – максимальная глубина залегания клубней, мм; BE – ширина междурядий, мм.
Уравнение косинусоиды запишем в виде:
(1)
Срезание верхнего слоя гребня происходит на высоте d. Ширина среза соответствует точке D1 с абсциссой x0. Тогда
(2)
Откуда
(3)
По технологии посадки 
, откуда 
.
Тогда ширина среза:
(4)
Для определения ширины среза гребня CD = 2x0 построим график зависимости ширины среза гребня от высоты среза при постоянной высоте гребня OB = A. Ось x на рис. 2 соответствует горизонту почвы.
Производим расчет по формуле (4) и сводим данные в табл. 1.
По результатам расчета строим зависимость x0 = f(d) (рис. 3).
Таблица 1
Результаты расчета для определения ширины среза гребня
|
Высота среза гребня d, мм |
Высота гребняА, мм |
||||
|
120 |
110 |
100 |
90 |
80 |
|
|
10 |
91,4 |
95,5 |
100,2 |
105,8 |
112,3 |
|
20 |
130,2 |
136,1 |
143,0 |
151,0 |
160,6 |
|
30 |
160,6 |
168,1 |
176,8 |
186,9 |
199,0 |
|
40 |
186,9 |
195,8 |
206,1 |
218,2 |
232,7 |
|
50 |
210,7 |
220,9 |
232,7 |
246,7 |
263,6 |
|
60 |
232,7 |
244,2 |
257,6 |
273,5 |
292,9 |
|
70 |
253,6 |
266,4 |
281,4 |
299,3 |
321,2 |
Рис. 3. График зависимости ширины среза гребня от высоты среза при постоянной высоте гребня
Принимаем высоту гребня OB= 110 мм, а высоту среза d = 50 мм. Тогда из табл. 1 ширина среза равна 220 мм.
Для обеспечения нормальной работы разработанного средства интенсификации сепарации должно выполняться условие:
, (5)
где 
– количество почвы по высоте гребня, кг/м3;
– количество почвы в срезаемой части гребня, кг/м3.
(6)
(7)
Получаем:
Отсюда выражаем скорость клина 
:
(8)
Скорость элеватора находится в пределах 
[2].
Т.е., приняв рабочую скорость агрегата 
, получаем
, тогда скорость клина будет равна:
[2, 3].
Высота Н расположения приводного вала средства интенсификации сепарации над линией полотна элеватора при известной высоте пласта почвы h1 определится по выражению:
, (9)
где 
– высота пласта почвы, м;
– радиус кольца барабана, м; r = 0,09 м;
– поступательная скорость картофелекопателя, м/с;
– скорость вороха на полотне элеватора картофелекопателя, м/с;
– окружная скорость барабана средства интенсификации сепарации, м/с.
Данное уравнение позволяет назначать предельные установки барабана средства интенсификации сепарации над линией полотна элеватора, исходя из толщины пласта вороха.
Учитывая, что лопасти средства интенсификации сепарации расположены ниже барабана, то радиус R1 крайней нижней точки лопасти определится согласно выражению:
, (10)
где h – высота лопасти, м; h = 0,05 м.
Окончательно высота Н определится равенством:
(11)
Производим расчет:
.
Принимаем H = 0,3 м.
Таким образом, при полученных параметрах средства интенсификации сепарации повысится эффективность отделения клубней картофеля от примесей, а также будут исключаться повреждения клубней.
В качестве определения направлений дальнейших исследований отмечаем, что контроль данного технологического процесса возможен с использованием навигационно-связного оборудования на платформе ГЛОНАСС, которое стало интенсивно внедряться в агропромышленный комплекс.
Рецензенты:
Борычев С.Н., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Строительство инженерных сооружений и механика» (СИС и М) ФГБОУ ВПО РГАТУ, г. Рязань;
Успенский И.А., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Техническая эксплуатация транспорта» (ТЭТ) ФГБОУ ВПО РГАТУ, г. Рязань.