Сельское хозяйство/2. Механизация сельского хозяйства

К.т.н. Миронюк О.С., Обара Т.В.

Львівський національний аграрний університет

Адаптивна зміна швидкісного режиму
плодознімальної машини

Як відомо плоди і ягоди – цінні продукти харчування, сировина для переробної промисловості. Головна проблема у всьому технологічному процесі виробництва плодів – збирання урожаю, на яке припадає 15–40% від загальних затрат по догляду за садом. Вирішення даної проблеми можливе за рахунок впровадження плодозбиральних машин, застосування яких дозволяє збільшити продуктивність праці в 3,7–12,6 рази, вивільнити в середньому 50 чол. в день від використання однієї машини і зменшити експлуатаційні затрати на 30–50% порівняно з ручним збиранням. Разом з тим сучасні серійні машини мають суттєві недоліки. Насамперед вони пошкоджують дерева та плоди, особливі такі чутливі як яблука. Розвиток плодозбиральної техніки все більше висуває вимогу мінімізації пошкодження яблук до такого рівня, щоб була можливість закладання їх на тривале зберігання. В цілому механізоване збирання зумовлює пошкодження 50–60% всього зібраного урожаю. Як наслідок плоди придатні лише для технічної переробки або термінової реалізації у свіжому вигляді. Існуючий досвід показує, що систематичне збирання яблук засобами вібраційної дії зумовлює зменшення урожайності дерев на восьмий рік до 6 % порівняно з деревами, плоди з яких збирались вручну; продуктивність плодозбиральної техніки залишається відносно низькою.

Вирішення проблеми повинно базуватись на комплексному підході, що враховує спільний розгляд двигуна енергетичного засобу як джерела енергії, струшувача плодів – виконавчого елемента, плодового дерева – предмета обробки та проміжних елементів між ними. Мінімізація пошкодження плодів повинна здійснюватись новими способами механізованого знімання, зокрема, за рахунок адаптування (пристосування) швидкісного режиму роботи струшувачів плодознімальних засобів до фізико-механічних властивостей дерев і плодів, а також дотримання раціональної інтенсивності відокремлення плодів від гілок.

Регулювання швидкісного режиму плодознімального засобу повинно відбуватися за певною закономірністю, згідно якої в одиницю часу відокремлюється однакова кількість плодів. За таких умов зменшується можливість зіткнення плодів між собою в процесі падіння [1].

Оскільки регулювання швидкісного режиму в засобах струшувального типу здійснюється зміною паливоподачі, були проведені дослідженнях динаміки системи “двигун – струшувач плодів” з метою встановлення відповідності режимів роботи двигуна умові рівномірного відокремлення яблук.

Підсумком досліджень стали розраховані для різних режимів і умов роботи (діаметр штамба, висота захвату, сорт) закономірності зміни частоти обертання колінчастого вала двигуна, за яких забезпечується рівномірне знімання яблук.

Узгодження показників роботи двигуна енергетичного засобу, струшувача, а також фізико-механічних властивостей дерев і плодів простежується за допомогою технологічних характеристик (рис.), які дозволяють встановити необхідний швидкісний режим роботи системи “двигун – струшувач”, що відповідає умові рівномірного знімання плодів за мінімальний проміжок часу.

У першому квадранті характеристик представлена експериментально отримана залежність повноти знімання урожаю П_зн від зусилля F_вс, необхідного для знімання плодів, яка є відтворенням інтегральної кривої нормального закону розподілу. Залежність П_зн=f(F_вс) відображає в наростаючому порядку частку яблук (від 0 до 100%), що відокремляться із збільшенням зусилля F_вс (від F_вс.min до F_вс.max). На характеристиці виділена межа (П_а), досягнення якої необхідне з точки зору забезпечення агротехнічної повноти знімання.

У другому квадранті характеристики умова рівномірного знімання урожаю графічно інтерпретується лінійною залежністю t_ст=f(П_зн), згідно якої за однакові проміжки часу знімається одна і та ж маса плодів. Тривалість процесу струшування t_ст залежить від характеристики уловлювальної поверхні, її здатності ефективно відводити плоди на внутрішньомашинне транспортування. Як показали проведені дослідження, час t_ст в процесі рівномірного знімання, залежно від маси плодів на дереві, коливається в межах 3–12 с.

Вісь абсцис першого квадранта характеристики є одночасно віссю ординат для четвертого. В останньому представлена залежність зусилля F_вс від частоти w_с струшування для різних умов роботи. Діапазон частот w_с відповідає всьому спектру переміщень важеля регулятора (9–29,8°) і змінюється від 12,1 (у випадку роботи на муфті зчеплення) до 126,4 с^-1.

Для побудови у третьому квадранті необхідних закономірностей зміни кутової швидкості обертання колінчастого вала двигуна w_д=f(t_cт) і частоти струшування w_с= f(t_cт) проводяться горизонталі П_зн до перетину з графіками залежностей П_зн=f(F_вс) і П_зн=f(t_ст). З точок перетину, що розташовані в першому квадранті, опускаються вертикалі до пересічення з кривими F_вс=f(w_с) для характерних діаметрів d_c і висот z_к. Через отримані точки проводяться горизонталі w_с до перетину з відповідними вертикалями t_ст. Таким чином, отримуються множини точок, які утворюють криві, що характеризують залежності w_д=f(t_ст) і w_с=f(t_ст) для груп дерев певного помологічного сорту та урожайності. Встановлено, що інтервал зміни мінімальних значень кута відхилення важеля регулятора, циклічної частоти w_с вібраційного струшування та кутової швидкості обертання вала двигуна групи сортів яблунь (18,0 Н < F_вс £ 22,2 Н) відповідає деревам з 100 < d_с £ 160 мм, z_к = 0,45 м і становить 9,0–18,3°, 12,10–91,12 с^-1, 18,1–136,7 с^-1, максимальних (d_с £ 100 мм, z_к = 0,6 м) – 11,0–27,0°, 65,64–116,50 с^-1, 98,5–174,7 с^-1.

Використання запропонованої закономірності зміни швидкісного режиму для машини ВУМ-15 дозволить на 15,73–20,66% зменшити пошкодження плодів. Економічний ефект від зміни якості продукції при урожайності 240 ц/га становитиме 510 грн/га. Річний економічний ефект від використання удосконаленого плодознімальної машини складає 6573 грн.

Література

1. Обара Т.В. “Спосіб регулювання швидкісного режиму двигуна плодознімальної машини”. // Матеріали ІІІ Всеукраїнської студентської науково-практичної конференції “Перші наукові кроки” (21-22 квітня 2009 р.). Кам’янець-Подільський. 2009 –С. 119.