ассистент Овчарук О.В.,

кандидат физ.-мат. наук Андреев А.А.,

аспирант Корчак Н.Н.

Подольский государственный аграрно-технический университет

Оптимизация устройств для качественной уборки фасоли обыкновенной

Посевные площади под бобовые культуры во всём мире постоянно увеличиваются. Причиной является значительная пищевая ценность бобовых. Специальных устройств для уборки именно фасоли в настоящее время не существует. Это связано с тем, что с одной стороны, сравнительно небольшие площади позволяют убирать урожай ручным способом. С другой же стороны, при увеличении площадей для уборки применяют существующие зерноуборочные комбайны, сконструированные для уборки совсем других сельскохозяйственных культур. Понятно, что каждая сельскохозяйственная культура при уборке имеет свою специфику и уборочные устройства должны конструироваться таким образом, чтобы эта специфика была учтена ибо, в противном случае качество уборки неизбежно снижается.

В предлагаемой работе рассматриваются динамические свойства фасоли в стадии её уборки при воздействии на стебель элементов уборочной машины. Предполагается, что мы имеем дело с невьющимися сортами фасоли. Кустовая форма растений позволяет предложить следующую их модель. Жесткий стебель может быть смоделирован упругой консолью, защемленный конец которой является корневой системой растения 5 (рис.1). Ветки, на которых расположены бобы, также моделируются консольными отростками, сами же бобы – физическими маятниками цилиндрической формы. Для вычисления их момента инерции может быть учтена их внутренняя структура.

При уборке вращающийся вокруг горизонтальной оси элемент жатки взаимодействует с нижней частью куста с силой достаточной для срезания стебля, после чего растения попадают на движущийся транспортер. На этой стадии уборки происходит самое большое число потерь. Во-первых, растения даже самых отборных сортов имеют разные строки созревания. Не совсем созревшие растения при взаимодействии с элементом барабана могут быть не срезаны, а смяты и в последствии вырваны с почвы вместе с корнем, что приводит к загрязнению урожая. Во-вторых, перезревшие растения при взаимодействии с уборочным элементом „высыпают” часть зерен (это наблюдается даже при влажности зерна 16-18%). Потери при обмолоте зерна могут составлять до 40% урожая.

Рассмотрим динамику куста 1, подверженного удару элемента 2 (рис. 1).

Рис.1. Механическая модель куста фасоли и жатки зерноуборочной машины.

Обозначив центр масс куста точкой С, а радиус вращения элемента 2 вокруг горизонтальной оси О как R, можно записать динамическое уравнение вращения куста (перемещение – угол ):

(1); (2)

Вычисление в принципе несложное, но довольно громоздкое. В (1) обозначено: М_к – момент ударной силы (в дальнейшем ограничивается случаем n=1); - масса -ой части куста; - расстояние от центра масс -ой части к точке О.

Обозначив , получим , где F – ударная нагрузка, которая должна быть достаточной для среза стебли в точке А по высоте Н от поверхности почвы.

Как видно из рисунка вращение (и ещё не срезанного, и уже срезанного) куста осуществляется вокруг оси О против часовой стрелки с угловой скоростью . Если бобы фасоли осыпаются, то те семена, которые находятся справа от главного ствола растения попадают на транспортер 3 (нижняя часть куста), те семена, которые находятся слева, попадают на поверхность почвы (потери урожая). В верхней части куста ситуация противоположная. Несложный расчет показывает, что на поверхность почвы 6 попадает гораздо больше семян, чем на транспортер. Для устранения этого недостатка предлагается вместо барабана использовать подрезной нож 4, который выполняет колебательные в горизонтальной плоскости движения с частотой Ω. Понятно что под воздействием ножа 4 на куст 1, он начинает вращаться за часовой стрелкой, и на транспортер попадает большая часть семян. Кроме того, такой нож гарантирует срез всех кустов, что позволяет избегать засорение фасоли корнями 5 и почвой.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Технологія вирощування квасолі в Україні. Киев: 1994. – 20.

2. Минюк П.М. Фасоль. Минск “Ураджай”, 1991. – 92.

3. Овчарук О.В., Андреев О.А. Динаміка процесів розтріскування бобів квасолі під час механізованого збирання врожаю.Сборник ПГАТУ №12, 2004 г. с. 63-65