Розділ 10

	коренеплоди цукрових буряків мо-
	жуть мати нерозвинену, довільну
	форму. Зміну щільності ґрунту на
	глибині розміщення конусоподібно-
	го коренеплоду			цукрових			буряків
	наведено на рис. 10.2. Як бачимо, на
	глибині ходу в ґрунті більшості ви-
	копувальних			робочих			органів
	(0,06…0,10 м) щільність ґрунту на-
	вколо	коренеплоду			досягає		майже
	максимальних значень.					характерис-
	Третьою		важливою
	тикою	розміщення			коренеплодів
Рис. 10.2. Зміна щільності ґрунту	цукрових		буряків		на	буряковій
навколо коренеплоду буряка	плантації є відстань між двома су-
по глибині	сідніми коренеплодами у рядку по-

сівів (крок с). Ураховуючи те, що ця характеристика є цілком випад- ковою, вважають, що розміщення коренеплодів цукрових буряків у рядку з відстанню між їхніми центрами 0,16…0,23 м забезпечить оптимальну врожайність. У цьому разі на одному погонному метрі посівів цукрових буряків має бути 4 – 6 шт. коренеплодів. Саме така рівномірність розміщення коренеплодів буряків у рядку визнача- тиме інші характеристики коренеплодів буряків як об’єкта збиран- ня: розміщення головок коренеплодів відносно рівня поверхні ґрун- ту (висота головок); розміри і форму головок; ступінь розвинення гички; загальні розміри коренеплодів тощо.

Відхилення коренеплодів цукрових буряків від умовної лінії ряд- ка посівів у той чи інший бік, що істотно не впливає на якість зби- рання, становлять не більше ніж 0,02…0,04 м. У разі збільшення цього значення до 0,05 м і більше різко зростають втрати корене- плодів.

10.2.Основи розрахунку параметрів апаратів для зрізування гички та очищення головок коренеплодів

10.2.1. Апарати для зрізування гички

Агротехнічні особливості вирощування цукрових буряків, що за- безпечують на момент збирання відстані між коренеплодами в ряд- ку 18…35 см, створюють умови для відслідковування кожної голов- ки коренеплодів та індивідуального відрізування з них гички. Про- те складність пристроїв, що працюють за таким принципом збиран- ня гички, потреба у точних регулюваннях механізмів індивідуаль-

382

Основи теорії та розрахунку бурякозбиральних машин

ного копіювання (що не завжди зручно при багаторядному варіанті гичкозбиральної машини) та порівняно невисока продуктивність (зумовлена обмеженням швидкості руху для забезпечення як якості копіювання, так і зрізування гички) призвели до того, що цей прин- цип не розвивається і широко не застосовується у світі (особливо найгірші показники він має при високорозвиненій, високоврожай- ній гичці). Незважаючи на багаторазові спроби застосування елект- ронних, оптичних та інших приладів, які б здійснювали індивідуа- льне копіювання головок коренеплодів буряків, цей принцип послі- довно був замінений на принцип масового зрізування гички з коре- неплодів на корені.

Основні вимоги до роботи апаратів для зрізування гички з голо- вок коренеплодів цукрових буряків та пов’язані з цим втрати коре- неплодів показано на рис. 10.3. Тут також показано середні втрати коренеплодів при обламуванні їхніх частин (розміри втрат показано для коренеплоду, який має середню масу 0,8…1,0 кг і довжину

19,0…22,0 см).

Розглянемо елементи теорії роботи дискового гичкорізального апарата, схему якого наведено на рис. 10.4. Як бачимо зі схеми апа- рата, якість обрізування гички з головок коренеплодів, розміщених у рядку, визначатиметься як параметрами самого ножа, так і пара- метрами копіра, який переміщуватиметься по різних за висотою го- ловках коренеплодів буряків.

Аналітично визначимо основні геометричні параметри цього апа- рата під час його руху з низько розміщеного коренеплоду на вище розміщений, а також навпаки. Складемо схему такого переміщення, на якій позначимо основні геометричні параметри коренеплодів бу- ряків та гичкорізального апарата (рис. 10.5). На схемі позначено: с — відстані між сусідніми коренеплодами; H1 і H2 — висота розміщен-

ня відповідно низького та високого коренеплодів над рівнем поверхні ґрунту; d1 і d2 — відповідні діаметри частини, що зрізується, низько-

го та високого коренеплодів; δ — довжина горизонтальної полиці ко- піра; е і h — відповідно горизонтальний і вертикальний зазори між кінцем копіра та кінцем леза дискового ножа.

Для визначення кута нахилу копіра αк розглянемо перший ви-

падок (рис. 10.5, а). Як бачимо, за малого значення цього кута, при переході з низько розміщеного коренеплоду 1 на вищий 2, можливі зламування коренеплоду 2, оскільки ніж підніметься в разі ще не закінченого зрізу попереднього коренеплоду 1 (цей випадок на пер- шій схемі показано штриховою лінією). Якщо кут αк збільшити (на

схемі показано суцільною лінією), то відбудеться повне зрізування низько розміщеного коренеплоду 1, і з геометричних міркувань мо- жна визначити цей кут:

383

Розділ 10

Рис. 10.3. Втрати коренеплодів при обрізуванні гички та обламуванні їхніх частин

384

Основи теорії та розрахунку бурякозбиральних машин

Рис. 10.4. Дисковий гичкорізальний апарат:

1 — гребінчастий копір; 2 — дисковий ніж; 3 — бітер; 4 — гвинтова тяга; 5 — рухома рама; 6 — підвіска з навантажувальною пружиною

		d		+ e
		c −	1		+ δ
ctg αк =			2				,			(10.1)
		H2		− H1
звідки
c = d1	+ e + δ + (H		2	− H		)ctg α		к	.	(10.2)
2				1

Якщо врахувати середню відстань с між коренеплодами в рядку, то якісне обрізування головок коренеплодів відбудеться за умови

c ≥ d1	+ δ + e +[H2			− H1	]ctg αк,		(10.3)
2
або		d
		c −	1	+ e + δ
ctg αк ≤			2			,	(10.4)
		H2		− H1

Рис. 10.5. Схема взаємодії дискового гичкорізального апарата з головками коренеплодів

385

Розділ 10

звідки

	d					(10.5)
c −		1	+ e + δ
αк ≥ arcctg		2		.
	H2		− H1

Отже, щоб забезпечити якісне обрізування коренеплодів, слід кут αк вибирати якомога більшим. Проте у цьому разі збільшується

ймовірність вибивання копіром коренеплодів буряків із ґрунту. З урахуванням середніх значень геометричних параметрів корене- плодів цукрових буряків і дискових гичкорізальних апаратів опти- мальним значенням кута αк слід вважати 15…20°.

Для визначення кута нахилу дискового ножа αн розглянемо схе-

му, коли після зрізування високо розміщеного коренеплоду 2 на ді- аметрі d2 копір опускається на низько розміщений коренеплід 1, а

дисковий ніж ковзає по зрізаній поверхні коренеплоду 2, опираю- чись на нього в точці A (рис. 10.5, б).

Як бачимо зі схеми, якщо кут αн буде дуже малим, то дисковий

ніж не дасть можливості копіру опуститися до рівня головки коре- неплоду 1, або зріз коренеплоду 1 буде дуже високий (цей випадок на другій схемі показано штриховою лінією). Щоб запобігти цьому, кут αн слід брати якомога більшим. Проте це також збільшує ймовір-

ність сколювання коренеплодів.

Визначимо мінімальне значення кута αн за умови, коли копір

контактує з коренеплодом 1, а дисковий ніж, тильним боком спира- ючись на зрізану частину коренеплоду 2 в точці А, кінцем леза тор- кається коренеплоду 1 в точці D (на другій схемі — це суцільні лі- нії). На схемі покажемо трикутник ABD, з якого

tg αн = BDAB .

(10.6)

Визначимо складові виразу (10.6). Як бачимо зі схеми, вертика- льна координата точки A дорівнюватиме A = H2 – hк, точки B —

В = H1 – hк. Тоді:

АВ = (H2 – hк) – (H1 – hк) = Н2 – Н1				(10.7)
та
d		+ d
BD = c −	2	1	.	(10.8)
		2

Якщо підставити (10.7) та (10.8) у (10.6), то мінімальне значення

386

Рис. 10.6. Схема до визначення параметрів дискового гичкорізального апарата

Основи теорії та розрахунку бурякозбиральних машин

кута αн дорівнюватиме

αнmin = arctg

H2 − H1

.

(10.9)

c − d2 2+ d1

Якщо використати середні числові значення цих параметрів, то кут нахилу дискового ножа αн дорівнюватиме 15…20°. Причому на-

вмисне збільшення значення цього кута сприятиме більш повному переведенню зрізаної маси гички на приймальний конвеєр, хоча при цьому поверхня зрізу головки коренеплоду буде нерівною, збі- льшуються також умови вивертання коренеплодів буряків із ґрунту.

Щоб отримати рівну, плоску поверхню зрізу головок коренеплодів, зменшити зусилля зрізу, потрібно діаметри дискових ножів D брати якомога більшими. Однак, якщо врахувати значення міжрядь посівів цукрових буряків (45 см), необхідний зазор між двома сусідніми но- жами, то діаметр дискового ножа не повинен перевищувати 420 мм.

Для обґрунтування інших параметрів дискового гичкорізального апарата складемо схему взаємодії дискового ножа з головкою коре- неплоду (рис. 10.6).

Нижня поверхня дискового ножа не повинна торкатися голо- вок коренеплодів, з яких уже зрі- зана гичка. Тому, для того щоб цього не сталося, коли ніж після обрізування високого коренепло- ду опускається на нижчий, знизу в центрі ножа роблять впадину. Якість обрізування головок коре- неплодів значною мірою зале- жить від геометрії леза ножа. Як бачимо з рис. 10.6, зі зменшенням переднього кута різання β змен- шується можливість відколів час-

тин головок коренеплодів при зрізуванні. Проте в цьому разі збіль- шується зношування леза і його затуплення. Задній кут різання γ має бути додатним, але наближатися до нуля. Ширина робочої кром- ки E повинна бути не меншою, ніж діаметр зрізаної частини голо- вки коренеплоду dc.

Отже, крім зазначених раніше (D = 420 мм, α = 15…20°), інші параметри дискового гичкозрізального апарата мають дорівнювати

β = 12°, γ = 3°, E = 60 мм.

Щоб визначити ефективне копіювання головок коренеплодів па- сивним копіром, складемо схему такої взаємодії (рис. 10.7), вра-

387

Рис. 10.7. Схема взаємо- дії пасивного копіра з коренеплодом

Розділ 10

ховуючи всі сили, що передаються від ру- хомих частин гичкорізального апарата до головки коренеплоду в точці А.

Тоді робочу швидкість vp, за якої здійс-

нюватиметься ефективна робота гичкорі- зального апарата, визначимо за аналітич- ним виразом

	vp =	10 − Pп sin α − F sin α			,	(10.10)
		6m(1	+ ε)sin2	α

де Pп — сила, яка примусово притискує ко-

пір до головки коренеплоду (сила притис- кання, яка створюється пружинним меха- нізмом); F — сила тертя в механізмах навіски; m — зведена маса

рухомих частин копіювального механізму; ε — коефіцієнт віднов- лення при ударі копіра об головку коренеплоду; α — кут нахилу па- сивного копіра.

Якщо у формулу (10.10) підставити значення величин, які в неї входять, то можна визначити поступальну швидкість руху, за якої здійснюватиметься ефективна робота гичкорізального апарата.

Якщо швидкість vp вважати заданою, то з виразу (10.10) можна

визначити кут нахилу копіра α. Розв’язавши квадратне рівняння (10.10) відносно невідомого sin α, отримаємо

	−(P + F )+		(P + F )2 + 240m(1 + ε)v2
sin α =		п	п	p	,		(10.11)
			12m(1 + ε)v2
				p
тоді
		−(P + F )+	(P + F )2	+ 240m(1 + ε)v2
α = arcsin		п	п		p	.	(10.12)
			12m(1 + ε)v2
				p

Таким чином, аналітично знайдено умови, за якими можна ви- значити оптимальні кінематичні й конструктивні параметри копію- вального механізму гичкорізального апарата. Для використання цих рівнянь потрібно знати зведену масу т, коефіцієнт відновлення при ударі копіра об головку коренеплоду буряка ε, та зусилля Рп і

F, які залежать від конкретної конструкторської розробки.

Для прикладу здійснимо розрахунок виразу (10.12) за таких зна- чень параметрів, які в нього входять: Рп = 98 Н, F = 18 H, m = 18 кг,

388

Основи теорії та розрахунку бурякозбиральних машин

ε = 0,72. Ураховуючи, що	0 < α <	π	,	отримаємо проміжок
		2
0 < α < 1,006 рад або 0 < α <	57,667°, на якому існують дійсні зна-

чення vp. Отриману залежність наведено на рис. 10.8, на якому
значення кута α подано в радіанах. Щоб визначити його значення в
градусах, потрібно значення в радіанах помножити на 180 .
Як бачимо з графіка (рис.			π
10.8), ефективне копіювання
головок	коренеплодів	відбу-
деться,	наприклад,	при
швидкості руху гичкорізаль-
ного апарата 2 м/с, якщо кут
нахилу	гребінчастого	копіра
становить 0,3 рад (або 17°).
Тепер розглянемо взаємо-			Рис. 10.8. Залежність кута нахилу
дію активного копіра з голов-
кою коренеплоду. Вважати-			копіра від швидкості руху

мемо, що циліндричний ко-

пір радіусом R, який вільно обертається навколо осі O1 (або приво-

диться в обертальний рух), під час руху (поступального переміщен- ня «справа–наліво» зі швидкістю vп і обертання з кутовою швидкіс-

тю ω) наїжджає на головку коренеплоду, розміщеного (фактично жорстко закріпленого) у ґрунті (рис. 10.9). При цьому головка коре- неплоду апроксимується півкулею радіусом r і виступає над рівнем поверхні ґрунту на висоті h. Центр півкулі головки позначено точ- кою О, а вісь копіра — O1.

Сила притискання пружини P, що забезпечить безвідривний

рух копіра по всій поверхні головки коренеплоду, можна визначити за такою залежністю:

[σст

]

vп2 cos2 α f sin α

sin

α

f cos

α

P = m

−g

−

+

−

+

σ

ρ

α2

α

α

д

v2 cos α

+

v2 sin α

−

v2 sin3

α

−

S sin α

+

+ п

ρ

п

п

α2

αρ

3αρ

[σст ]

T sin (α −β) f sin α

sin α

f cos α

+

+

α

−

+

σ

α

2

α

д

S cos α

+T sinβ +

,

(10.13)

α

389

Розділ 10

Рис. 10.9. Еквівалентна схема руху дискового копіра по поверхні головки коренеплоду

де m — маса копіра; vп — швидкість поступального руху; f — кое-

фіцієнт тертя ковзання поверхні копіра по поверхні головки коре- неплоду; [σст ] і [σд] — допустиме відповідно статичне і динамічне

напруження для коренеплодів буряків; T1 — сила тяги; S — коло-

ве зусилля на активному копіру; α, β — кути нахилу, які залежать від конкретної конструкції копіювального пристрою.

Оскільки сила P визначається з умови невідривності, то це є та максимально допустима сила притискання копіра до головки коре- неплоду, при якій буде забезпечене ефективне копіювання головки коренеплоду без її пошкодження.

Застосування масового зрізування гички крім безумовних пере- ваг, таких як простота конструкції пристроїв, які його здійснюють, та висока продуктивність роботи, має й істотні недоліки. Так, відсут- ність індивідуального підходу до обрізування гички з кожного коре- неплоду призводить до того, що з одних коренеплодів неякісно зрі- зується гичка (для коренеплодів, розміщених низько або нижче від поверхні ґрунту), а з других (для коренеплодів, які виступають над рівнем поверхні ґрунту) навпаки — відрізається і видаляється зна- чна маса головки коренеплоду. Гичка, зрізана апаратами масового зрізування, які мають горизонтальну вісь обертання, не завжди придатна для подальшого використання, оскільки вона занадто по- дрібнена (через повторні зрізи). Ці апарати в процесі роботи можуть захоплювати частини ґрунту та пил, що також погіршує якість зрі-

390

Рис. 10.10. Траєкторія руху ножів ротор- ного гичкорізального апарата

Основи теорії та розрахунку бурякозбиральних машин

заної маси гички. Використання таких гичкорізальних апаратів зі значною шириною захвату також знижує якість їх роботи, оскільки при цьому значно погіршується копіювання поверхні ґрунту, особ- ливо в поперечному напрямку. Фактично в межах ширини захвату копіюється тільки середній рівень поверхні ґрунту (тобто рівень, який визначається нерівностями поверхні двох міжрядь), а не сама поверхня, утворена головками коренеплодів.

Найпоширенішим гичкорізальним апаратом масового зрізування є апарат роторного барабана з горизонтальною віссю обертання, яка під час роботи перпендикулярна до осі рядка коренеплодів. Він об- ладнаний шарнірно встановленими зрізальними ножами, які здій- снюють обертання у вертикальних площинах.

Розглянемо робочий процес такого гичкорізаль- ного апарата (рис. 10.10). Нехай барабан радіуса r обертається з кутовою шви- дкістю ω навколо осі, яка поступально рухається в горизонтальному напрямку зі швидкістю vп. Рух ножів

буде зустрічно-оберталь- ним. Найважливішим при цьому є встановлення траєк- торії руху кінців ножів ба- рабана, які знаходяться на

радіусах R, під час їх обертання навколо осі барабана при поступа- льному переміщенні гичкозбиральної машини.

Нехай ротор із положення 1 перемістився в положення 2 (тобто центр барабана C1 зайняв положення C2 ). Відслідкуємо траєкторію

руху одного з ножів ротора, який шарнірно закріплено в точці O і має кінець — точку А. Із точкою O зв’яжемо плоску прямокутну си- стему координат xOy. Кінці лез ножів барабана (у тому числі і точ-

ка A ) в абсолютному русі переміщуються по видовжених циклоїдах, які у цій системі координат матимуть такі параметри:

		x = r (ωt − νsin ωt);
			(10.14)
		y = r (1 − νcosωt),
де ν =	R	— відношення радіуса кінця леза до радіуса барабана;
	r

r — радіус барабана, м; R — радіус кінців лез ножів ротора, м; ω — кутова швидкість ротора, с–1.

391

Розділ 10

Як бачимо з траєкторії руху точки А, нерівномірність зрізування гички ∆ відповідає довжині відрізка BM на схемі, яку можна визначити таким співвідношенням:

∆ = R + r −OM.	(10.15)
Відрізок OM є ординатою вузлової точки M при x = 0 , тобто
OM = r(1 – ν cos ωt0),	(10.16)

де ωt0 — найменший додатний корінь трансцендентного рівняння

ωt0	= sin ωt .	(10.17)
ν	0

Корені рівняння (10.17), крім очевидного ωt = 0, можна визначи- ти графічно. Вони відповідають точкам перетину прямих ωνt із си-

нусоїдою y = sin ωt.

Отже, рівняння (10.15) остаточно можна записати у такому ви-

гляді
∆ = R(1 + cos ωt0).			(10.18)
	Розв’яжемо		рівняння
	(10.18) і	подамо його
	графічно у вигляді номо-
	грами (рис. 10.11), яка
	дає можливість визначи-
	ти нерівномірність висо-
	ти зрізу для будь-яких
	параметрів		роторного
	гичкорізального апарата.
	Визначимо		нерівно-
	мірність	зрізу	гички по
	висоті при різних пара-
Рис. 10.11. Номограма для визначення пара-	метрах роторного гичкорі-
метрів роторних гичкорізальних апаратів	зального апарата. Напри-

клад, якщо гичкорізаль- ний апарат рухається з поступальною швидкістю vм = 2,0 м/с і колова швидкість кінців його

ножів дорівнює v0 = 44,7 м/с, то при діаметрі ротора D = 570 мм не-

рівномірність зрізу становитиме 2,7 мм.

Таким чином, гичкорізальні апарати роторного типу за досить високої швидкості різання мають незначну нерівномірність висоти зрізу, яка визначається траєкторією руху кінців ножів.

392