CC BY
18
УДК 631.358:635.61/.63 DOI: 10.32786/2071-9485-2019-01-42
АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАЗРАБОТАННОГО КОМБАЙНА ДЛЯ УБОРКИ БАХЧЕВЫХ
ANALYTICAL DETERMINATION OF THE TECHNOLOGICAL PARAMETERS OF THE DEVELOPED COMBINE FOR CLEANING MELONS
А.Н. Цепляев, доктор сельскохозяйственных наук, профессор В.А. Цепляев, кандидат технических наук, доцент М.В. Ульянов, кандидат технических наук, доцент С.В. Климов, аспирант
A.N. Tseplyaev, V.A. Tseplyaev, M.V. Ulyanov, S.V. Klimov
Волгоградский государственный аграрный университет Volgograd State Agrarian University
При механизированной уборке бахчевых культур одним из наиболее важных агротехнических показателей служит повреждение плодов. Оно может быть наружным, явно видным (потертости наружной поверхности, вмятины, надрезы и др.), а также внутренним (образованным при ударах, сжатиях и др.). По признакам наружного повреждения плоды легко сортируются на товарную продукцию и отходы. Большую сложность представляют плоды с внутренними повреждениями. Они определяются либо с применением специальных приборов, либо, чаще, по срокам хранения. Из литературных источников известно, что повреждение плодов при механической уборке возрастает с увеличением операций, многократного перебрасывания плодов, существенных отрезках их перекатывания даже шарообразных и других технологически необходимых операций. В статье рассмотрен разработанный авторами агрегат для уборки плодов бахчевых культур на примере арбузов. Он состоит из комбайна и валкообразователя. Комбайн бахчеуборочный, универсальный, максимальная ширина захвата (КБУ-5) - пять метров. Ориентирован в основном на подбор плодов сферической формы. Он зацепляется сзади трактора, впереди трактора навешивается валкообра-зователь с движущимися на нем лентами. Их привод обеспечивают два контурно -ленточных гидромотора. Этот валкообразователь формирует из плодов валок, который в последующем направляется к плодоподъёмному ленточно -цепному подъемному контуру. Плоды направляются на внутреннюю поверхность контура с установленными на нем ковшами. Далее движущиеся ленты с ковшами поднимают плоды и укладывают на приемный стол. Подающие рукава перемещают плоды в мягкие контейнеры. При заполнении контейнеров они выгружаются гидроподъемником на поле. Плоды арбузов при достаточно большом весе весьма чувствительны к механическому воздействию рабочих элементов комбайна КБУ-5. Для снижения повреждения арбузов до показателей агротребований (5 %) аналитически найдена скорость движения комбайна и при подстановке цифровых величин в формулу вычислены предельные значения скорости: для арбузов - 1,2 м/с, для тыквы - 2,3 м/с, а также рассчитана производительность комбайна при уборке арбузов - Qmax=30 т/ч. В заключении отражены результаты представленных в статье материалов.
When mechanized harvesting of melons and gourds one of the most important agrotech-nical indicators is damage to the fruit. They can be clearly visible on the exterior (abrasions of the outer surface, dents, cuts, etc.), as well as internal, formed by shock, compression, etc.). By the signs of external damage, the fruits are easily sorted into commercial products and waste. Greater complexity is the fruit with internal damage. They are determined either by using special devices, and more often by storage time. It is known from literary sources that damage to fruits, during mechanical harvesting, increases with an increase in operations, multiple throwing of fruits, significant segments of their rolling, even spherical and other technologically necessary operations. The article considers the aggregate for harvesting the fruits of melon crops developed by the au-
thors on the example of watermelons. It consists of a combine and swath maker. Combine «m elon harvesting», universal, five meters maximum width of the grip (KBU -5). It is mainly focused on the selection of fruits of spherical shape, it is hooked behind the tractor, and in front of the tractor the swath maker with strips moving on it is hung. Their drive provides two contour-band hydraulic motor. This swath former forms a swath, from the fruit, which is subsequently sent to a lifting chain-chain lifting contour. Fruits are directed to the inner surface of the contour with buckets mounted on it. Next, moving the tape with buckets raise the fruit and laid on the receiving table. Feed sleeves move fruits into soft containers. When filling containers, they are unloaded by a hydraulic ram on the field. The fruits of watermelons with a sufficiently large weight are very sensitive to the mechanical effect of the working elements of the KBU-5 combine. To reduce the damage of watermelons to the indicators of agro demands (5 %), the speed of movement of the combine was analytically found and when substituting digital values into the formula, speed limits were calculated: for watermelons - 1.2 m / s, for pumpkin - 2.3 m/s, and the combine productivity when cleaning watermelons is calculated - Qmax=30t / h. The conclusion reflects the results of the materials presented in the article.
Ключевые слова: активный валкообразователь, ленточный контур, ковшовые ленты, приемный стол, допустимая скорость, производительность комбайна.
Key words: active rake, swath maker, bucket belts, receiving table, permissible speed, combine productivity.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и администрации Волгоградской области в рамках научного проекта № 18-41-340016\18
Введение. Бахчевые культуры в Волгоградской области занимают более 100 тыс. га. По структуре посевов до 80 % площадей засевают семенами арбуза, до 12 % -тыквы, остальная площадь приходится на дыни, кабачки и т.д. Из всего собранного урожая арбузов реализуется только 60 %, остальные 40 остаются на поле или идут на корм животным. Для использования всего выращенного урожая необходимо механизировать процессы уборки и переработки собранной продукции [2, 4, 1].
При механизированной уборке бахчевых культур одним из наиболее важных агротехнических показателей служит повреждение плодов. Оно может быть наружным, явно видным (потертости наружной поверхности, вмятины, надрезы и др.) [5, 7], а также внутренним (образованным при ударах, сжатиях и др.). По признакам наружного повреждения плоды легко сортируются на товарную продукцию и отходы. Большую сложность представляют плоды с внутренними повреждениями. Они определяются либо с применением специальных приборов, либо, чаще, по срокам хранения [5]. Из литературных источников известно, что повреждение плодов при механической уборке возрастает с увеличением операций, многократного перебрасывания плодов, существенных отрезках их перекатывания даже шарообразных и других технологически необходимых операций [3, 9].
Отсюда следует, что минимальное количество зон при механической уборке не должно превышать числа двух: зона захвата плода механическим устройством и зона его выгрузки [6, 4, 8].
Цель исследования сводилась к разработке бахчеуборочного комбайна с шириной захвата до 5 м метров (КБУ-5), оснащенного активным валкообразователем, контейнером с мягкой тарой и гидроподъемником для выгрузки контейнеров на поле.
Материалы и методы. Наиболее важные технологические показатели комбайна -это его предельная скорость и исходя из этого - максимально возможная производительность. Теоретически максимальная скорость комбайна определялась исходя из удельной
нагрузки, действующей со стороны рабочего органа на плод. Нагрузки эти носят ударный характер, что существенно повышает риск повреждения плодов, в частности арбузов [5, 10]. Но если от удара прямого перейти к удару косому, что и предусматривается конструкцией комбайна, то скорость комбайна существенно повысится. Поскольку скорость напрямую влияет на производительность комбайна, то соответственно растет и этот показатель. Расчет теоретической производительности проводился по общеизвестной методике с учетом средней урожайности арбузов.
Результаты и обсуждение. Реализация поставленной цели заключалась в том, что разработать бахчеуборочный комбайн, способный, на наш взгляд, проводить уборку плодов бахчевых культур и не превышающий их повреждения с учетом агротехнических требований. Схема комбайна представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Схема комбайна для уборки плодов бахчевых культур КБУ-5
1 - трактор; 2, 22 - ленточный контур; 3, 23 - плодоперемещающие элементы;
4, 24 - контурно-ленточный гидромотор; 5 - плетеотрывные планки;
6, 25 - поворотно-профильные колеса; 7 - упруго-телескопическое звено;
8 - рама коробчатая; 9, 21 - гидроподъемник бахчеуборочного комбайна;
10 - плодоотводы; 11 - конутрная рама; 12 - контурные якорные опоры; 13 - упоры; 14 - ковшовые ленты; 15 - пружинно-телескопические звенья; 16 - профильные лопасти; 17 - шипы; 18 - гидроподъемники; 19 - опорно-регулировочные катки;
20 - прицеп; 26 - приемный стол; 27 - подающие рукава; 28 - приемник;
29 - бункер-накопитель
Перед трактором 1 смонтирован валкообразователь с движущимися лентами. Он снабжен ленточным контуром 2 с плодоперемещающими элементами 3, с приводом от контурно-ленточных гидромоторов 4. Элементы валкообразователя установлены под углом 45...65° к направлению движения. Снизу трактора закреплены плодоотводы 10, исключающие наезд колес на плоды.
Сзади трактора зацепляется комбайн КБУ-5. Комбайн КБУ-5 включает контурную раму 11 с расположенными на ней контурными якорными опорами 12, упорами 13 и замкнутыми ковшовыми лентами 14 с пружинно-телескопическим звеном 15. На контурной раме 11 находятся две замкнутые ковшовые ленты 14, на внутренней поверхности которых имеются профильные лопасти 16, выполненные в виде эллипсовидных ковшей, зафиксированных к ковшовой ленте 14 под углом 65...75°, а сама профильная лопасть 16 футерована упругим материалом. Ковшовая лента 14 в нижней части имеет шипы 17. Рама 11 шевронного контура опирается на опорно-регулировочные катки 19 и имеет прицеп 20.
В центре подборщика между ковшовыми лентами 14 находится вкатыватель плодов. Он включает контур 22 с плодоперемещающими элементами 23, с движителем от ленточного гидромотора 24. Ленточные контуры 22 находятся под углом 45...65° к прямолинейному направлению движения, вкатыватель осуществляет опору на копирующий каток 25.
В верхней части комбайна размещен приемный стол 26 и подающие рукава 27, на конце подающих рукавов 27 предусмотрены приемники 28, под которыми установлен бункер-накопитель 29 для плодов.
Работа комбайна с активным вкатывателем плодов бахчевых культур происходит следующим образом.
Перед эксплуатацией комбайна осуществляют необходимые регулировки, позволяющие надежно выполнять технологический процесс, производится проверка качественного подъёма и опускания агрегата гидросистемой трактора, осуществляется проверка натяжения ковшовых лент 14 и ленточных контуров 2, 22. Комбайн с активным вкатывателем подъезжает к бахчевому полю, и с помощью гидравлической навесной системы 9 и 21 трактора агрегат переводится в рабочее положение. Необходимо установить в плавающее положение распределитель гидравлической системы трактора. В результате валкообразователь и вкатыватель опираются на поворотно-профильные колеса 6, 25, а комбайн - через опорные барабаны на ковшовые ленты 14 с шипами 17.
В результате рабочего хода комбайна плоды, расположенные на поверхности поля, перемещаются валкообразователем. Приводные контурно-ленточные гидромоторы 4 через ленточные контуры 2 с плодоперемещающими элементами 3 передают крутящий момент плодам, лежащим на поверхности поля, тем самым плоды перемещаются, и происходит формирование валка под трактором. Обеспечение чистоты образованного валка, то есть отделение плети от плодов, происходит благодаря плетеотрывной планке 5. В передней части нижнего основания трактора перед колесами зафиксированы плодоотводы 10, позволяющие исключить повреждение плодов о колеса.
Захват плодов осуществляется ленточными контурами 22 вкатывателя с плодоперемещающими элементами 23, и плоды перекатываются благодаря работе приводных контурно-ленточных гидромоторов 24. Дальнейшее перемещение плодов происходит в нижнюю часть ковшовых лент 14, которые перекатывают их по поверхности поля со скоростью, равнозначной прямолинейной скорости перемещения трактора. Такое движение происходит за счет взаимодействия почвозацепов 17 с почвой. Плоды, перемещенные на плодоподъемный контур, фиксируются профильными лопастями 16. В результате плоды поднимаются профильными лопастями 16 с поверхности поля и поступают на приемный стол 26 и подающие 27 рукава, далее через приемник 28 плодов движутся в бункер-накопитель 29. Дальнейшая укладка плодов происходит в контейнеры.
***** ИЗВЕСТИЯ *****
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
№ 1 (53), 2019
Поскольку комбайн универсален и ориентирован на уборку, в том числе плодов арбуза, чувствительных к механическим воздействиям, то аналитико-экспериментальным способом была определена скорость движения комбайна исходя из повреждения плодов.
V.
а
Н
2* СЬ 2
ж -г„о л--
1 + щ у 2
т
2
V
(1)
где ан — нормальное допустимое напряжение плода; (рТ — угол между суммарными векторами сил и скорости, действующими на плод, рад; V — коэффициент восстановления тела; т — масса тела, кг; с — жесткость транспортерной ленты, Н/м; Ь — глубина деформации транспортерной ленты при ударе, м; 0 — толщина коры, м; г — радиус плода, м.
Теоретическая производительность комбайна определится по формуле:
= 0,36 • Вк • 1<Д0П, (га/ч), где Вк - ширина захвата комбайна, м; ^Д0П - допустимая скорость движения комбайна, м/с.
Если учесть, что урожайность арбузов Уа (т/га), то производительность будет
равна:
= 0,36 • Вк • Кдоп • Уа,(т/ч).
Поскольку допустимая скорость определяется выражением (1), то максимальная производительность будет равна:
(2)
Экспериментальными исследованиями установлено, что допустимая скорость при уборке арбузов комбайном не может быть выше 1,2 м/с (для тыквы — 2,3 м/с). Тогда при средней урожайности У = 15 т/га, QmCa = 30 т/ч.
Заключение. На основе комплексного подхода к технологии уборки арбузов разработан комбайн, способный убирать плоды с повреждением, не превышающим показатели агротребований (до 5 %). Комбайн выполняет одновременно несколько операций: сбор плодов в валок активным валкообразователем, перемещение и подачу их в мягкий эластичный контейнер, выгрузку контейнера с укладкой его на поле. При этом определена предельно допустимая скорость комбайна при уборке арбузов равная 1,2 м/с (4,32 км/ч), а при уборке тыквы максимально допустимая технологическая скорость — 2,3 м/с (8,3 км/ч), производительность комбайна при уборке арбузов QmCa = 30 т/ч.
Библиографический список
1. Медведев, Г.А. Бахчеводство [Текст] : учеб. / Г.А. Медведев, А.Н. Цепляев. — СПб.: Издательство «Лань», 2014. — 192 с.
1
2. Оценка эффективности развития растениеводства [Текст]/ В.П. Зволинский, О.В. Зво-линская, А.В. Головин и др. // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2017. - № 3 (47). - С. 266-274.
3. Создание условий для конвейерного поступления плодов арбуза на продовольственный рынок с целью расширения сроков потребления [Текст] / Е.С. Таранова, Е.А. Корпачева, В.П. Зво-линский и др. // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2013. - № 3 (31). - С. 103-106.
4. Уборка плодов бахчевых культур [Текст]/ А.Н. Цепляев, В.Г. Абезин, Д.В. Скрипкин и др.// Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2011. - № 2 (22). - С. 155-159.
5. Цепляев, А.Н. Физико-механические свойства плодов бахчевых культур [Текст] / А.Н. Цепляев, А.Ю. Китов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2017. - № 3 (47). - С. 216-225.
6. Шапров, М.Н. Обоснование конструкции роторного подборщика для уборки плодов бахчевых культур [Текст] / М.Н. Шапров, А.В. Седов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2013. - № 4 (32). - С. 214-217.
7. Шапров, М.Н. Механизированная технология выборочной уборки плодов бахчевых культур [Текст] / М.Н. Шапров, В.Г. Абезин // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2014. - № 3 (35). - С. 94-96.
8. Reasoning-based vision recognition for agricultural humanoid robot toward tomato harvesting [Tekst]/ X. Chen, K. Chaudhary, Y.Tanaka et all. //Paper presented at the IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2015 - Dezember 6487-6494. doi: 10.1109/IROS.2015.7354304 Retrieved from www.skopus.com.
9. Zur Anwendbarkeit optimaler Versuchsplane fur die Schatzung einer polynominalen Rergres-sionsfunktion im Feldversuchswesen. Harpke, Karl. Arch Acker // Pflanzenbau Bodenkd. - Berlin 34, 1990,3. - P. 205-212.
10. Zur Bodenstruktur von Hochoder und Schlussfolgerungen zu ihrer Auslastbarkeit durch Wind. Haupt, Rainer. Arch. Acker// Pflanzenbau Bodenkd. - Berlin 34, 1990, 6. - P. 393-402.
Reference
1. Medvedev, G. A. Bahchevodstvo [Tekst]: ucheb. / G. A. Medvedev, A. N. Ceplyaev. -SPb.: Izdatel'stvo "Lan'", 2014. - 192 s.
2. Ocenka ]ffektivnosti razvitiya rastenievodstva [Tekst]/ V. P. Zvolinskij, O. V. Zvolinskaya, A. V. Golovin i dr. // Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. - 2017. - № 3 (47). - S. 266-274.
3. Sozdanie uslovij dlya konvejernogo postupleniya plodov arbuza na prodovol'stvennyj rynok s cel'yu rasshireniya srokov potrebleniya [Tekst] / E. S. Taranova, E. A. Korpacheva, V. P. Zvolinskij i dr. // Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. - 2013. - № 3 (31). - S. 103-106.
4. Uborka plodov bahchevyh kul'tur [Tekst]/ A. N. Ceplyaev, V. G. Abezin, D. V. Skripkin i dr.// Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. - 2011. - № 2 (22). - S. 155-159.
5. Ceplyaev, A. N. Fiziko-mehanicheskie svojstva plodov bahchevyh kul'tur [Tekst] / A. N. Ceplyaev, A. Yu. Kitov // Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. - 2017. - № 3 (47). - S. 216-225.
6. Shaprov, M. N. Obosnovanie konstrukcii rotornogo podborschika dlya uborki plodov bahchevyh kul'tur [Tekst] / M. N. Shaprov, A. V. Sedov // Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. - 2013. - № 4 (32). - S. 214-217.
7. Shaprov, M. N. Mehanizirovannaya tehnologiya vyborochnoj uborki plodov bahchevyh kul'tur [Tekst] / M. N. Shaprov, V. G. Abezin // Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. - 2014. - № 3 (35). - S. 94-96.
8. Reasoning-based vision recognition for agricultural humanoid robot toward tomato harvesting / X. Chen, K. Chaudhary, Y.Tanaka at al. //Paper presented at the IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2015 - Dezember 6487-6494. doi: 10.1109/IROS.2015.7354304 Retrieved from www.skopus.com.
9. Zur Anwendbarkeit optimaler Versuchsplane fur die Schatzung einer polynominalen Rer-gressionsfunktion im Feldversuchswesen. Harpke, Karl. Arch. Acker // Pflanzenbau Bodenkd. - Berlin 34, 1990, 3. - P. 205-212.
10. Zur Bodenstruktur von Hochoder und Schlussfolgerungen zu ihrer Auslastbarkeit durch Wind. Haupt, Rainer Arch. Acker // Pflanzenbau Bodenkd. - Berlin 34, 1990, 6. - P. 393-402.
E-mail: [email protected]
УДК: 631.672:631.347 DOI: 10.32786/2071-9485-2019-01-43
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОРОСИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
FUNCTIONAL-TECHNOLOGICAL MODEL OF IRRIGATION SYSTEM
М.Н. Лытов1, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент В.В. Бородычев1, академик РАН О.В. Бочарникова2, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
M.N. Lytov1, V.V. Borodychev1, O.V. Bocharnikova2
1ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова 2Волгоградский государственный аграрный университет
1 Federal State Budget Scientific Institution «All-Russian research Institute of Hydraulic Engineering and Land Reclamation named after. A. N. Kostyakova» 2Volgograd State Agrarian University
Материалы статьи посвящены разработке функциональной технологической модели оросительной гидромелиоративной системы с формированием потоковой компонентно-конструктивной структуры как материальной основы реализации всего комплекса функций. Неразрывная взаимосвязь четырех основных функций: технологической, энергетической, экологической и функции управления оросительными гидромелиоративными системами - постулируется как основа проводимых исследований. Объектом исследований являются гидромелиоративные системы нового поколения, которые рассматриваются как сложный природно-технический комплекс, обеспечивающий регулирование круговорота вещества, энергии и информации в агроландшафтах. На основе общих системных взаимосвязей рассредоточенных конструктивных компонентов оросительных гидромелиоративных систем выделено пять основных структурных элементов технологической функции, реализуемых в рамках единой потоковой функциональной модели. Структурирован конструктивно-компонентный состав функции водозабора, функции водоподготовки, транспорта оросительной воды, функция орошения и водооборотная функция. Содержание каждой из перечисленных функций раскрывается с указанием конструктивных компонентов технической системы. Предложены подходы к выбору функциональных компонентов системы, определены критерии для каждого элемента потоковой структуры технологической функции. Предложенная модель с раскрытой совокупностью конструктивно-компонентных элементов системы может быть использована в качестве структурированной основы сращивания технологической, энергетической, экологической функций оросительной гидромелиоративной системы, а также функции интеллектуального автоматизированного управления.
The materials of the article are devoted to the development of a functional technological model of irrigation system with the formation of a stream component-structural structure as a material basis for the implementation of the whole complex of functions. The indissoluble interrelation of four main functions: technological, power, ecological and management functions of irrigation systems is postulated as a basis of the conducted researches. The object of research is a new generation of irrigation and drainage systems, which are considered as a complex natural and technical complex that provides regulation of the cycle of matter, energy and information in agricultural landscapes. On the basis of the General system interconnections of dispersed structural components of irrigation systems,
