Картофелеуборочное устройство

Уборка урожая картофеля есть самый интересный и одновременно трудоемкий и продолжительный по времени процесс. При высокогребневом возделывании культуры, копка лопатой или вилами, помимо большой физической нагрузки на работников, неминуемо приводит к механическому травмирования большого числа клубней.

Существующие механизированные устройства плуги –картофелекопатели в качестве тягловой силы требуют физически крепких мужчин и, хотя процесс выкапывания идет достаточно быстро, он нисколько не сокращает трудоемкость и не уменьшает физические нагрузки.

Если вы приобрели мотокультиватор, даже малого класса, то у вас возникает вполне естественное определенное желание заставить его выполнять этот трудоемкий процесс.

Однако, изучив предложения рынка по вопросу навесного оборудования (инструмента) – картофелекопатели и ходовые колеса с грунтозацепами - для мотокультиваторов, вы понимаете, что предложения инструментов для мотокультиваторов «малого» класса вообще отсутствуют, а для мотокультиваторов «среднего» и «тяжелого» классов предложения очень скудны. При этом на столь скудное предложение навесного оборудования полностью отсутствует описание технологии их применения в контексте параметров мотокультиваторов, необходимых для их использования, технологии возделывания картофеля, а также возможных результатов, которые можно будет достигнуть с их помощью.

Опыт ваших соседей и знакомых, показывает низкую эффективность применения картофелекопателей с ходовыми колесами в связи со значительным механическим травматизмом картофеля и большим количеством невыкопанных клубней. Помимо прочих недостатков, сам процесс выкапывания требует значительных физических усилий со стороны оператора мотокультиватора.

Принцип выкапывания картофеля с помощью предлагаемых рынком ходовых колес с грунтозацепами и картофелекопателя заключается в следующем. Ходовые колеса, вращаясь, создают усилие для поступательного движения мотокультиватора, а картофелекопатель, расположенный позади ходовых колес, своим ножом заглубляется в гребень грядки ниже уровня гнезда картофеля и разрушает его структуру, создавая при этом усилие сопротивления поступательному движению. Разрушенный грунт с клубнями картофеля перемещается по пруткам пассивного сепаратора картофелекопателя и просевается в полость между прутками и поверхностью почвы, а клубни картофеля скатываются по пруткам сепаратора от центра на края и на поверхность почвы. Процесс выкапывания картофеля достаточно легко проходит при условии соответствия линейной скорости вращения образующих ходовых колес и поступательной скорости перемещения мотокультиватора. Условие соответствия соблюдается в том случае, когда усилие сопротивления картофелекопателя гораздо меньше тягового усилия, создаваемого ходовыми колесами. В случае превышения усилия сопротивления величине тягового усилия происходит прекращение поступательного движения мотокультиватора. Ходовые колеса, вращаясь, «зарываются» в почву и мотокультиватор ложится редуктором на грунт, при этом дальнейшее выполнение процесса выкапывания картофеля без дополнительных усилий со стороны оператора становится невозможным. Как показывает практика, это явление наблюдается на мотокультиваторах «малого» и «среднего» классов.

Тяговое усилие пропорционально коэффициенту трения образующих ходовых колес о поверхность почвы, который в большой степени зависит от веса мотокультиватора. Чем больше вес мотокультиватора, тем больше коэффициент трения и соответственно тяговое усилие. По этой причине хорошие результаты применения ходовых колес с грунтозацепами при выкапывании картофеля достигаются на мотокультиваторах «тяжелого» класса, имеющих пониженные передачи (скорости вращения выходного вала редуктора).

На мотокультиваторах «малого» и «среднего» классов более или менее положительных результатов при выкапывании картофеля с применением ходовых колес даже путем увеличения веса с помощью дополнительного груза, как правило, не достигается.

В значительной мере вышеуказанные недостатки устранены в описанной ниже конструкции картофелеуборочного устройства, где используются ходовые колеса специальной конструкции.

Основной отличительной особенностью устройства является то, что ходовые колеса при вращении не только создают усилие для поступательного движения мотокультиватора, но и при движении разрушают почву гребня грядки и перемещают ее вместе с клубнями картофеля в сторону ножа картофелекопателя. При этом нож картофелекопателя и прутки сепаратора, при поступательном движении устройства перемещаются в рыхлой почве, испытывая гораздо меньшее сопротивление.

Картофелеуборочное устройство предназначено для выкапывания урожая клубней картофеля при высокогребневом возделывании с расстоянием между гребнями грядок 50 – 60 см. при высоте гребней до 10 – 12 см. Устройство реализовано на базе мотокультиваторов так называемого «малого» класса, в частности МН350-4 Hobby, фирмы АL-KO, RL-1 фирмы Mecanika Benassi.

Конструкция устройства достаточно проста в использовании и применяется на небольших участках, обеспечивая эффективное выкапывание клубней картофеля при значительном снижении трудоемкости процесса.

Конструкция картофелеуборочного устройства представлена на фото.

Картофелеуборочное устройство содержит мотокультиватор, на который устанавливается специальный инструмент - колеса ходовые, и картофелекопатель.

Ходовое колесо состоит из приводного и защитного колес (на фото).

Колесо приводное обеспечивает необходимое усилие для поступательного движения мотокультиватора и одновременно разрушает структуру почвы гребня растений.

Приводное колесо представляет собой круглый диск из листового металла, который жестко закреплен на ступице, относительно оси ступицы, под углом меньше чем 90 град. Диск в поперечном сечении имеет вогнуто-выпуклую форму. Ступицы колес выполнены из трубы прямоугольного профиля и имеют два радиальных отверстия.

Защитные колеса предназначены для ограничения заглубление приводных колес и облегчения удержания мотокультиватора в прямолинейном направлении.

Колесо защитное состоит из двух круглых дисков разного диаметра, выполненных из листового металла, соединенных ободом. В поперечном сечении колесо защитное имеет форму усеченного конуса.

К диску большего диаметра жестко прикреплена ступица. Ступица выполнена из трубы прямоугольного профиля и имеет радиальное отверстие.

Ступицы приводных колес одеваются непосредственно на полуоси вала редуктора мотокультиватора. При этом диски колес своей выпуклой частью располагаются в сторону редуктора. Внутренние размеры профиля ступицы выбраны больше диаметра полуосей вала на 0,5 мм, благодаря чему облегчается процесс снятия и установки колес. Крепление колес на полуосях вала осуществляется через радиальные отверстия в ступицах и полуосях вала посредством резьбовых штифтов специальной конструкции.

Резьбовой штифт представляет собой винт с цилиндрической головкой, внутри которой имеется глухое отверстие для специального шестигранного ключа.

Для предотвращения выпадения штифтов при работе мотокультиватора, он имеет резьбовую часть, которая примыкает непосредственно к цилиндрической головке и предназначена для фиксации штифта в резьбовой гайке, которая жестко закреплена на ступице колеса. Часть штифта, которая располагается в теле ступицы и полуоси, имеет цилиндрическую поверхность. Для удобства установки штифтов в отверстия, конец цилиндрической части выполнен на конус.

В другой конец ступиц приводных колес устанавливаются оси защитных колес, которые закрепляются при помощи резьбовых штифтов.

Картофелекопатель (на фото) является пассивным сепарирующим инструментом. Он включает в себя стойку с отверстиями для крепления к сцепному устройству мотокультиватора, ножа серповидной формы и прикрепленными к нему прутками сепаратора. Стойка имеет несколько установочных отверстий, при помощи которых регулируется величина заглубления ножа картофелекопателя в почву. Прутки сепаратора в вертикальной плоскости образуют угол по отношению к лезвию ножа. В горизонтальной плоскости прутки разведены на угол по отношению друг к другу таким образом, что ширина паза между прутками увеличивается от места крепления к ножу к концам.

Картофелекопатель устанавливается на среднее установочное место сцепного устройства.

Процесс выкапывания картофеля заключается в следующем.

Картофелекопатель устанавливают на грядке картофеля таким образом, чтобы гребень грядки проходил под редуктором, и запускают двигатель.

Одновременно оператор прилагает усилие торможения на картофелекопатель, при этом мотокультиватор должен оставаться в статическом режиме. Вращение вала двигателя через редуктор передается на приводные и защитные колеса. Колеса вращаясь, разрушают структуру грунта гребня грядки с клубнями картофеля и перемещают разрушенный грунт и клубни в сторону ножа картофелекопателя. В процессе вращения приводных и защитных колес, под действием массы мотокультиватора, происходит их заглубление в разрушенный грунт. Заглубление может продолжаться до тех пор, пока площадь опоры образующих защитных колес не станет достаточной для прекращения дальнейшего заглубления. При прекращении заглубления приводных колес, оператор уменьшает усилие торможения на картофелекопатель, и мотокультиватор начинает поступательное движение вдоль грядки. При движении оператор заглубляет нож картофелекопателя в почву.

Нож картофелекопателя работает только в полосе между приводными колесами. Средняя часть ножа работает в зоне максимальной глубины расположения клубней, в недеформированном грунте; крайние части в полосах грунта, разрушенного приводными дисками. При поступательном движении картофелекопателя, в средней части ножа, происходит перемещение слоя недеформированного грунта и клубней картофеля вдоль прутков пассивного сепаратора. Приводные колеса перемещают на недеформированный слой разрушенный грунт и клубни из зоны гребней. Далее слой грунта с клубнями картофеля, перемещаясь по пруткам сепаратора, окончательно разрушается и просевается в полость, образованную между прутками сепаратора и поверхностью грунта.

Клубни картофеля скатываются к центру сепаратора и проваливаются в пазы между прутками, если ширина паза больше размера клубней. Нож, при движении мотокультиватора, оставляет за собой в почве неглубокую впадину, где концентрируется основная масса выкопанных клубней картофеля, которые остаются там для последующего ручного сбора.

Нож, при движении мотокультиватора, оставляет за собой в почве неглубокую впадину, где концентрируется основная масса выкопанных клубней картофеля

Описанное выше картофелеуборочное устройство испытывалось в течение двух сезонов на участке площадью около 5 соток с относительно легкой суглинистой почвой при высокогребневом методе возделывания картофеля.

Весенняя посадка клубней картофеля производилась в борозду на глубину 8 -12 см от уровня поверхности почвы с расстоянием между клубнями 25 -30 см.

Расстояние между бороздами выдерживалось в пределах 50 – 55 см, при этом соблюдалась максимально возможная прямолинейность раскладки клубней картофеля в борозде.

В процессе ухода за растениями проводились прополка сорняков в междурядьях и два раза глубокое рыхление почвы между рядами с одновременным окучиванием – формированием почвенных гребней вокруг растений. Высота почвенных гребней от уровня подошвы междурядьевой впадины до верхней точки гребня составляла до 15 см. Перед уборкой картофеля высота почвенных гребней составляла 8 – 10 см от уровня подошвы междурядьевой впадины. Средняя максимальная глубина залегания клубней картофеля в гнездах 5 – 8 см от уровня подошвы междурядьевой впадины. Среднее значение размеров площади размещения гнезда картофеля составляло 20 * 20 см.

Перед выкапыванием с поверхности участка были удалены высокорослые сорняковые растения и частично ботва картофеля. Ботва картофеля имела все признаки созревания, однако плохо отделялась от клубней.

Величина заглубления ножа картофелекопателя была настроена на максимальную глубину залегания клубней картофеля - 8 см. Ручкой регулировки газа на мотокультиваторе установлено минимально возможное число оборотов двигателя. Движение и вращение защитных колес происходило по подошвам впадины между рядами растений на расстоянии 25 см от центра гребня грядки.

Полосы рыхления гребня грядки с клубнями картофеля приводными колесами находились в пределах 10 – 20 см от центра гребня грядки.

Максимальное заглубление приводных колес в нерыхленую почву в полосе движения достигало 5 см относительно уровня впадины между грядками.

При вращении и заглублении в почву приводные колеса разрушали структуру почвы гребня и перемещали ее вместе с клубнями картофеля к центру ножа картофелекопателя, причем разрушение происходило на глубину до 5 см относительно уровня впадины между грядками (ниже уровня расположения клубней в гнезде). Разрушение структуры производилось внутренними выпуклыми поверхностями колес. Процесс эффективно проходил при линейной скорости вращения образующей колес большей, чем скорость движения мотокультиватора. При уменьшении оператором усилия торможения на картофелекопатель, мотокультиватор начинал передвигаться вдоль грядки, при этом средняя часть ножа картофелекопателя находилась в нерыхленном грунте, а крайние части, в разрушенном. Величина заглубления средней части ножа в нерыхленую почву составляла 3-5 см, что соответствовало параметрам настройки величины заглубления ножа и ниже уровня расположения клубней в гнезде. При поступательном перемещении мотокультиватора вдоль грядки слой грунта клубнями картофеля перемещался по пруткам сепаратора и просевался, а клубни картофеля, в основной своей массе, скатывались к центру сепаратора и проваливались в пазы между прутками. Нож, при движении мотокультиватора, оставлял за собой в почве неглубокую впадину, где концентрировалась основная масса выкопанных клубней картофеля.

Скорость перемещения мотокультиватора в среднем составляла 8 -10 метров в минуту и зависела в основном от опыта оператора по управлению картофелеуборочным устройством и частично от урожайности картофеля в гнезде. Неубранная ботва картофеля частично наматывалась на ступицы приводных колес и на стойку картофелекопателя, ухудшая условия для просеивания грунта, вследствие чего требовались остановки движения мотокультиватора и очистки ступиц и стойки.

При неправильно выбранном соотношении скорости вращения приводных колес и скорости поступательного перемещения мотокультиватора наблюдалось явление чрезмерной концентрации разрушенного слоя грунта с клубнями картофеля между приводными колесами и прутками сепаратора картофелекопателя. Это устранялось посредством прекращения движения мотокультиватора и выборки клубней из зоны концентрации вручную.

В процессе выкапывания клубни картофеля подвергаются механическому воздействию со стороны поверхностей приводных колес, корпуса редуктора мотокультиватора и элементов картофелекопателя. Это неминуемо приводит к образованию механических повреждений поверхности клубней. Хотя автором были принято ряд конструктивных мер по уменьшению травматизма клубней при выкапывании, полностью ликвидировать его по ряду причин не представляется возможным.

Количество травмированных клубней в общей массе выкопанных, по опыту применения картофелеуборочного устройства, не превышает 2 – 3 процента.

Клубни картофеля имеют следующие виды травм:

- неглубокие резаные раны, нанесенные низко расположенной частью корпуса редуктора мотокультиватора; подвергаются травмированию в основном клубни, расположенные при высокогребневом возделывании картофеля, в верхней части гребня грядки при большой скорости поступательного движения мотокультиватора;
- глубокие рваные резаные травмы, нанесенные образующей дисков приводных колес; подвергаются в основном клубни, расположенные по краям гнезда с размерами более 20 * 20 см. при полугребневом и линейном возделывании картофеля,
- «ушибы» - травмы, полученные в результате ударного воздействия внутренней поверхности приводных колес; подвергаются клубни, расположенные при высокогребневом, полугребневом и линейном возделывании картофеля, в нижней части гребня грядки в сильно уплотненной почве.

При выкапывании клубней картофелеуборочным устройством на основе мотокультиватора МН350-4 Hobby, фирмы АL-KO, основным видом травм клубней были неглубокие резаные раны, нанесенные низко расположенной частью корпуса редуктора мотокультиватора, причем общий процент травмированных клубней не превышал 3 процентов.

При выкапывании клубней картофелеуборочным устройством на основе мотокультиватора, RL-1 фирмы Mecanika Benassi, основным видом были травмы, полученные в результате ударного воздействия внутренними поверхностями приводных колес, при этом общее количество травмированных клубней уменьшилось до 1процента.

Несмотря на имеющиеся недостатки в работе картофелеуборочного устройства при выкапывании клубней картофеля необходимо отметить следующее. По сравнению с известными методами выкапывания клубней, как-то при помощи лопаты или вил, специальных плугов-картофелекопателей, требующих физически крепких мужчин, картофелеуборочным устройством на базе мотокультиватора «легкого» класса может достаточно просто управлять оператор даже пенсионного возраста. Управление устройством не требует таких продолжительных и тяжелых физических нагрузок, какие необходимы при выкапывании широко известными методами. Однако существенное значение для оптимизации физических нагрузок имеет знания методов управления устройством, и несомненно навыки оператора, приобретенные в процессе работы. Приобретать начальные навыки в управлении устройством нужно на минимально возможных оборотах двигателя мотокультиватора.

Управление устройством в процессе выкапывания клубней картофеля осуществляется при помощи ручек управления и рычагов газа и сцепления. При помощи ручек управления можно осуществлять торможение устройства, а также изменять направление движения. Торможение устройством производится вертикальным нажатием на ручки управления, и соответственно, на нож картофелекопателя, который за счет силы трения о поверхность почвы создает усилие торможения. При движении в прямолинейном направлении, по ряду причин, возможны несанкционированные оператором изменения направления движения устройства.

Незначительные отклонения от желаемого направления движения можно путем увеличения горизонтального усилия на одну ручку управления и уменьшения на другую, не изменяя усилия торможения.

При значительных отклонениях от желаемого направления движения необходимо отпустить рычаг сцепления, вертикальным усилием на ручки управления вынуть ходовые колеса из почвы и, используя нож картофелекопателя как точку опоры, развернуть устройство в прежнее направление.

По мере приобретения оператором навыков в управлении устройством, процесс выкапывания клубней превращается в интересное и неутомительное занятие.

При испытаниях на опытных участках для определения количества невыкопанных клубней практиковалось повторное выкапывание. После второго прохода картофелеуборочного устройства.

После прохода устройства по грядке клубни картофеля, в основной массе, расположены на поверхности неглубокой борозды, образованной картофелекопателем, и легко поддаются ручному сбору с одновременной сортировкой по фракциям.