Агротехнические требования, предъявляемые к картофелеуборочным комбайнам. Комбайны осуществляют следующие операции:
1) – выкапывание картофельных гряд;
2) – отделение картофеля от почвы и прочих примесей;
3) – отрыв клубней от стволов;
4) – удаление ботвы и растительных остатков;
5) – отделение клубней от комков и камней;
5) – сбор клубней в бункер комбайна либо направление в кузов транспортного средства, движущегося рядом.
Агротехнические требования, которым должны соответствовать картофелеуборочные комбайны:
1) потери клубней – не более 5%;
2) чистота картофеля (в таре) – от 80%;
3) повреждение клубней (при подборе из валков) – до 5%;
4) повреждение клубней (при выкапывании клубней и подаче их в ёмкости транспортного средства) – до 10%.
Использование комбайнов, которые различаются не только рабочими процессами, но и способами агрегатирования и прочими факторами, обусловлено тем, что возделывание картофеля ведётся в различных почвенно-климатических зонах с разнообразным рельефом полей. Поэтому картофелеуборочные комбайны выпускаются 1-4-х рядными, самоходными, полунавесными либо прицепными. Широкое распространение получили полунавесные комбайны.
Рабочий процесс полунавесного картофелеуборочного комбайна КПК-3.
Рис. 1. Картофелеуборочный полунавесной комбайн КПК-3. Схема рабочего процесса.
1) – Опорные катки;
2) – Диски;
3) – Шнек;
4) – Элеватор;
5) – Шнек;
6) – Шнек;
7) – Редкопрутковый транспортёр;
8) – Элеватор;
9) – Бункер;
10) – Загрузочный транспортёр;
11) – Шнек;
12) – Пальцевой транспортёр;
13) – Горка;
14) – Ковшовый транспортёр;
15) – Лемеха.
В процессе работы комбайна [рис. 1] лемеха (15), диски (2) и шнеки (3) производят подкапывание, разрыхление и направление клубненосного пласта на прутковый элеватор (4), где происходит отсеивание механических растительных примесей и почвы от клубней. Воздействие шнеков (5) и (6) на массу приводит к увеличению сепарации почвы, а также частичному отрыву клубней от столонов. Одновременно с этим шнек (6) своими витками сдвигает массу (с боков) в центр элеватора, над которым смонтирован цилиндрический комкодавитель. Клубни вместе с примесями сходят с элеватора на редкопрутковый транспортёр (7). Затем клубни, оторванные от ботвы, проваливаются между прутками на элеватор (8), а те клубни, что остались висеть на прутках транспортёра (7), отрываются от ботвы и направляются на пальцевой транспортёр (12). Транспортёр (7) выносит из комбайна крупные примеси и ботву и выбрасывает на поле. Доочистка клубней от мелких примесей происходит на элеваторе (8), затем они подаются на пальцевой транспортёр (12), откуда поступают вниз на ковшовый транспортёр (14), тогда как камни и примеси выбрасываются на поле посредством шнека (11). При тяжёлых условиях уборки к шнеку (11) подаются клубни и оставшиеся примеси. Примеси шнек пропускает под собой, тогда как картофель вместе с частью примесей он сдвигает вбок и направляет для дополнительной доочистки на горку (13). Очищенные клубни подаются в бункер (9) посредством ковшового (14) и загрузочного (10) транспортёров.
Выкапывающие устройства картофелеуборочных комбайнов производят подкапывание и разрыхление клубненосного слоя, а также направляют массу к остальным рабочим органам.
Рис. 2. Схемы выкапывающих устройств.
А) – Пассивное выкапывающее устройство;
Б) – Активное выкапывающее устройство;
В) – Комбинированное выкапывающее устройство.
1) – Лемеха;
2) – Элеватор;
3) – Активные боковины;
4) – Отвалы;
5) – Диски.
Выкапывающие устройства подразделяются на пассивные, активные, а также комбинированные.
Пассивные выкапывающие устройства [рис. 2, А)] изготавливают в виде решётчатых, сплошных, корытообразных либо плоских лемехов (1), неподвижно установленных на раме. По устройству они просты, но энергозатрат требуют больших. При работе на больших скоростях перед ними происходит сгруживание почвы. В сравнении с корытообразными, плоские лемеха больше разваливают по сторонам пласт, что влечёт за собой повреждение клубней. Решётчатые лемеха, в сравнении со сплошными, имеют меньшую склонность к залипанию на влажных суглинистых почвах.
Активные выкапывающие устройства [рис. 2, Б)] бывают двух типов: 1) – лемешные, 2) – дисковые. С рамой машины лемеха соединены шарнирно, что позволяет сообщать им колебательные движения. В сравнении с пассивными, колеблющиеся лемеха требуют меньше энергозатрат, также реже происходит их забивание растительными остатками, однако сборочные единицы машины при этом воспринимают большие динамические нагрузки. Диски производят подрезание и рыхление пласта, препятствуют его заклиниванию, а также отрывают (частично) клубни от столонов. Диски получают вращательный момент от взаимодействия с почвой, в редких случаях они оснащаются принудительным приводом.
Комбинированные выкапывающие устройства [рис. 2, В)] состоят не только из движущихся, но и из неподвижных элементов. В картофелеуборочных комбайнах используются неподвижные лемеха (1) с колеблющимися боковинами (3), вращающиеся диски (5) с неподвижными отвалами (4). В сравнении с пассивными лемехами комбинированные выкапыватели имеют меньшую энергоёмкость, так как больше рыхлят пласт.
Факторы, влияющие на качество работы подкапывающих лемехов: ширина [рис. 2, А)] лемехов (bл); углы (γ) раствора и (α) наклона к горизонтали; глубина подкапывания (h); длина (lл); частота (n) и амплитуда (A) колебаний.
Ширина лемеха (bл) в картофелеуборочных комбайнах равна 420-500 мм, а угол (γ) – 80-100 градусов. При меньших значениях самоочищение лемеха улучшается, но длина (bл) больше.
Регулировка ширины захвата и степени обжатия пласта грядки в комбинированных выкапывающих устройствах производится посредством поворота изогнутой оси, на которой смонтированы диски. На лёгких почвах обжатие уменьшают, на плотных – увеличивают. Если ширина (bл) мала [рис. 2, В)], то происходит подрезание клубней, а если велика – увеличивается масса почвы, которая поступает на транспортёр.
Увеличение угла наклона (α) приводит к улучшению крошения почвы, но вместе с тем скольжение пласта по лемеху затрудняется. Данный факт влечёт за собой сгруживание массы, что особенно характерно при небольшой (порядка 80-100 мм) глубине (h). Как правило, угол (α) в картофелеуборочных машинах равен 25-35 градусов. Длина (lл) зависит от углов (α) и (γ), её значение составляет 400-475 мм. Для картофелеуборочных комбайнов амплитуда А=25-27 мм, а частота n=500-650 мин-1. Для установки глубины хода лемехов (на 20-30 мм ниже глубины залегания клубней) следует изменить положение опорного колеса. Гидросистема трактора должна быть настроена на «плавающее» положение.
Сепарирующие устройства служат для выделения мелких растительных примесей и почвы из выкопанной массы. Сепарирующие устройства бывают двух типов: грохоты и прутковые элеваторы.
Рис. 3. Фрагменты сепарирующих устройств.
А) – Элеватор;
Б) – Грохот;
1) – Прутки;
2) – Цепь;
3) – Лемех;
4) – Грохоты;
5) – Комкодавители.
Грохоты – это решёта, которые совершают продольные колебания. Их приводные механизмы конструктивно аналогичны приводам решёт зерноочистительных машин – подвески, а также кривошипно-шатунный механизм.
Машины для уборки корнеплодов и картофеля оснащаются двухрешётными грохотами, которые колеблются в противофазе, что позволяет частично уравновесить силы инерции. В переднем коробе грохота иногда монтируют лемеха (3) [рис. 3, Б)] с целью объединения подкапывания и сепарации.
Установка решёт грохотов производится под углом 10-25 град. к горизонтали. Грохоты колеблются с частотой 400-500 мин-1 и амплитудой 15-18 мм. При данном режиме масса движется по решётам грохота со средней скоростью uср=0,70-0,85 м/с.
В отличие от элеваторов, грохоты обладают большей износостойкостью, но и повреждение клубней от них больше.
Прутковые элеваторы и транспортёры [рис. 3, А)] изготавливаются из прутков (1), которые между собой параллельны, но относительно движения выкопанной массы расположены поперечно. Они соединены в полотна посредством концевых крючков либо крепятся к втулочно-роликовым цепям (2), а также прорезиненным ремням, вследствие чего увеличивается срок службы элеваторов.
Производительность и показатели качества работы прутковых элеваторов имеют зависимость от следующих величин: длины и ширины полотна; шага (расстояния между прутками); скорости движения полотна; угла наклона (αэ); интенсивности встряхивания полотна.
От ширины междурядий и числа (i) убираемых рядков зависит ширина полотна (bп). Если уборка картофеля производится на полях с междурядьем 70 см, то ширина bп=(0,5-0,6)i. Длина полотна (lп) характеризует не только компоновку машины, но и повреждение клубней, а также полноту выделения примесей. Длина (lп) в картофелеуборочных комбайнах составляет 1,4-1,8 м, а шаг прутков (tп) – 38-43 мм. «Живое» сечение полотна при этом равно 70-75%.
Ветвь первого элеватора монтируется под углом αэ=20-22 градуса к горизонтали, а второго элеватора – 12-15 град. Чем больше величина угла, тем лучше сепарация почвы и больше высота машины.
Влияние скорости движения (νп) полотна на уборочный процесс: увеличение (νп) приводит к уменьшению толщины слоя на полотне и повышению сепарации, но вместе с тем сокращается время нахождения почвы на полотне. У первого элеватора скорость (νп) составляет 1,5-2,5 м/с, что превышает скорость движения агрегата в 1,3-1,6 раза. Полотно второго агрегата движется со скоростью νп=1,2-1,8 м/с.
С целью увеличения просеивания почвы производится встряхивание полотен элеваторов посредством эллиптических либо рожковых встряхивателей, получающих привод принудительно либо от движущегося полотна. Полотна элеваторов в картофелеуборочных машинах встряхиваются с частотой 80-120 мин-1 и амплитудой 30-45 мм. Меньшие значения характерны для песчаных почв, а большие – для влажных и связных. Амплитуда встряхивания в некоторых комбайнах регулируется посредством изменения эксцентриситета приводного вала.
Смонтированные над элеваторами шнеки увеличивают сепарацию почвы. Уменьшение зазора между полотном элеватора и шнеком приводит к повышению интенсивности сепарации, а также возрастанию повреждения клубней. Зазор для среднесвязных почв следует устанавливать в пределах 15-20 мм. Центральный шнек (5) [рис. 1] следует поднять в вернее положение при работе на легкосыпучих почвах.
Пропускная способность сепараторов (q0) равна массе почвы, просеявшейся за 1 с сквозь отверстия сепарирующей поверхности (площадью 1 м2).
Пропускная способность (q0) элеваторных сепараторов на сухой (w=23%) некомковатой почве составляет 100-135 кг/(с·м2). При увеличении влажности почвы, начиная с 23%, на 5%, происходит снижение (q0) на 40-60%.
Скорость движения комбайна вычисляется, исходя из равенства подачи (q) и пропускной способности (q0) сепарирующих устройств:
ν=( q0Sc)/(ρпBhсл),
где Sc – площадь сепарирующих поверхностей (м2); ρп – плотность почвы (кг/м3); B – ширина захвата; hсл – толщина слоя на сепараторе (м).
Толщина слоя (hсл) имеет прямую зависимость от глубины хода (h) лемехов. Доказано, что при 0,05< h<0,25 м
hсл=0,57h-0,01
При гладкой посадке (hсл) больше на 35-50%, чем при гребневой.
Взяв за основу q0=100 кг/(с·м2), ρп=1100 кг/м3, Sc=2 м2, B=1,4 м, h=0,25 м, вычисляем скорость движения картофелеуборочного комбайна.
Комкодавители. Разрушение почвенных комков в картофелеуборочных машинах производится катками, которые наряду с этим выполняют функции копиров рельефа, а также комкодавителями, смонтированными в технологическом потоке машины.
Комкодавители имеют вид сдвоенных баллонов, которые устанавливаются над рабочей ветвью основного элеватора либо после грохотов [рис. 3, Б)].
В картофелеуборочных комбайнах диаметр баллонов равен 300-350 мм, точки его поверхности имеют линейную скорость, постигающую 3 м/с. Возможно уменьшение скорости нижнего баллона относительно верхнего на 10%, что влечёт за собой не только раздавливание комков, но также и стирание кожуры.
Зазор между баллоном и элеватором либо между баллонами, как правило, устанавливается в пределах 20-60 мм, при этом меньшие значения используются, когда преобладают комки размером 30 мм. На лёгких почвах давление в баллонах должно быть равным 10-15 кПа, а при наличии прочных комков – до 30 кПа.
Клубнеотрывающие устройства используются для отрыва клубней картофеля от столонов и удаления ботвы из машины посредством отдельного потока.
Картофелеуборочные комбайны оснащаются редкопрутковыми ботвоудаляющими устройствами с прижимным транспортёром либо парой полотенных элеваторов.
Рис. 4. Схемы устройств для отрыва клубней и удаления ботвы.
А) – Ботвоудаляющее устройство с редкопрутковым и прижимным транспортёрами;
Б) – Полотенное ботвоудаляющее устройство;
1) – Редкопрутковый транспортёр;
2) – Прижимной транспортёр;
3) – Клубнеотбойные прутки;
4) – Клубненаправляющая решётка;
5) – Транспортёр клубней;
6) – Полотенный транспортёр;
7) – Грохот;
8) – Полотенный транспортёр.
Редкопрутковые ботвоудаляющие устройства производят перемещение ботвы с прикреплёнными к ней клубнями. Между поперечными планками транспортёра провисают клубни (иногда и часть ботвы). Транспортёры (1) и (2) [рис. 4, А)] захватывают ботву и прижимают между собой, при этом неподвижные либо вращающиеся прутки (3) отрывают клубни. Затем решётка (4) направляет оторванные клубни на транспортёр (5), а транспортёры (1) и (2) выводят ботву из машины.
Полотенные ботвоудаляющие устройства (горки) [рис. 4, Б)] производят захват ботвы смежными ветвями полотенных транспортёров (6) и (8). Клубни не могут пройти между транспортёрами, поэтому они отрываются и сходят по транспортёру (8) на последующую доработку. Устройство данных горок достаточно простое. Наматывания ботвы на конструктивные элементы не происходит, однако вместе с ботвой выбрасывается большое количество клубней.
Рабочая ветвь редкопруткового транспортёра движется со скоростью 1,1-1,5 м/с, полотненных транспортёров – до 2 м/с. Достичь качественного отрыва клубней и удаления ботвы можно только при заданном натяжении пружин прижимного транспортёра.
Изменение угла наклона горки в переделах 15-35 градусов производится посредством рычажного механизма. Увеличивать наклон следует в случае повышенного засорения клубней, которые поступают на дальнейшие устройства. Регулировка полотна прижимного транспортёра осуществляется посредством смещения ведомого вала.
Пальцевые горки и переборочные столы служат для выделения из клубней комков, камней, а также растительных остатков.
Пальцевая горка – это бесконечная прорезиненная лента с пальцевой (эластичной) поверхностью, движущаяся со скоростью 1,0-1,3 м/с. Она смонтирована под углом к горизонту (10-35 град). Камни, масса которых больше чем у клубней, падая на пальцы, частично «тонут» в них, выносятся потоком, тогда как клубни просто скатываются с него. Регулировка полноты разделения примесей и клубней производится посредством изменения угла наклона полотна горки.
Переборочные столы представляют собой наклонные либо горизонтальные ленточные транспортёры с разделённой на два либо три ручья рабочей поверхностью (вдоль полотна). В один из ручьёв подаются клубни с примесями, а в остальные – камни, комки почвы и другие примеси, которые отбираются вручную, размещаемыми по разные стороны стола рабочими-переборщиками. Один переборщик удаляет порядка 6-10 кг примесей в минуту. Работать за столом должны минимум два переборщика. Для обеспечения размещения клубней на столе в один слой, лента транспортёра картофелеуборочного комбайна должна двигаться со скоростью 0,4-0,6 м/с.
Технические характеристики картофелеуборочных комбайнов. КПК-3 – полунавесной картофелеуборочный комбайн служит для уборки трёх рядков картофеля (с междурядьем 70 см) на лёгких, а также средних почвах. Тип выкапывающих устройств – комбинированный, тип сепарирующих устройств – элеваторный. Сбор клубней производится в бункер, вмещающий 1,5 т. Также используются двухрядные модификации картофелеуборочного комбайна КПК-2, КПК-2-0,1.
Комбайны агрегатируются с тракторами 1,4; 2; 3 тягового класса. Максимальная производительность агрегата составляет 0,8 га/ч. Для обслуживания требуется тракторист и комбайнёр.
Картофелеуборочный комбайн КИТ-2, а также модификация КИТ-2-0,3 используются для уборки не только на средних, но и на тяжёлых почвах. От семейства КПК-3 они отличаются наличием клубнеотводного валика и ботвоприжимного битера. Рабочие органы скомпонованы по двухъярусному принципу с парой горок и переборочно-загрузочным транспортёром. Комбайн КИТ-2-0,3 имеет среднюю производительность – 0,4-0,6 га/ч. Он агрегатируется с тракторами 1,4 и 2 тягового класса.
Картофелеуборочный комбайн ККУ-2А предназначен для уборки картофеля с междурядьем 70 см на лёгких, а также средних почвах (влажность w≤22%). Комбайны имеют следующие модификации: ККУ-2А-1 – для уборки гребнистых посадок (междурядье 90 см); ККУ-3А-3 – для работы на торфяниках (почвах со слабой несущей способностью).
Комбайны агрегатируются с тракторами МТЗ-80/82, а также ДТ-75 с ходоуменьшителем. Производительность комбайна достигает 0,4 га/ч.
Самоходный картофелеуборочный комбайн КСК-4 используется для уборки картофеля с четырёх рядков, который возделывается на лёгких, средних, а также тяжёлых почвах. У комбайнов КСК-4 и КИТ-2 схожие между собой устройство и рабочий процесс. Производительность КСК-4 – 2,1 га/ч, масса 13 т, мощность двигателя – 150 кВт.