КОНСТРУКЦИИ ВИБРАЦИОННЫХ ПЛОДОУБОРОЧНЫХ МАШИН -
ЧАСТЬ 6
Плодоуборочная машина «Балкан»
В Болгарии специалистами отдела механизации
Пловдивского научно-исследовательского института садоводства создана
плодоуборочная машина «Балкан» в трех модификациях «Балкан-1»,
«Балкан-2» и «Балкан-3», предназначенных для уборки плодов на
техническую переработку.
Машину «Балкан-1» навешивают на тракторы «Болгар» или ТП-45. При
небольшом переоборудовании посадочных мест ее можно навесить на тракторы
«Беларусь». Обслуживают машину три человека. В машине применен
улавливатель зонтообразного типа, раскрытие и закрытие которого
осуществляется с помощью гидроцилиндра. Площадь улавливающего
приспособления около 22 м2, поэтому машину «Балкан-1» можно применять
при уборке плодов черешни и слив с небольших по размерам деревьев
(диаметр кроны до 4,5 м). В качестве устройства для
колебания деревьев применен инерционный вибратор,
установленный на специальном кронштейне, изготовленный по типу вибратора
с венгерской машины ТФХ. В процессе эксплуатации машин получена
производительность до 25 деревьев за час сменного времени. Машины можно
применять как на ровных участках, так и на склонах до 18°.
Машину «Балкан-2» применяют для уборки плодов с деревьев, растущих на
террасах. Ее навешивают на два трактора: на одном установлен вибратор,
аналогичный вибратору машины «Балкан-1», на другом смонтировано
улавливающее устройство, полотно которого при уборке расстилают на землю
под деревом. Обслуживают машину пять человек. Эксплуатация машин
«Балкан-2» показала, что она может обеспечить уборку плодов с 25
деревьев в час сменного времени.
Машина «Балкан-3» (рис. 76) предназначена для уборки плодов косточковых
культур с деревьев, растущих на ровных
участках или на склонах не более 8°. Она состоит из
двух агрегатов с прямоугольными улавливающими поверхностями, общая длина
которых равна 6800 мм, ширина 8070 мм, наклон до 30°, полезная площадь
улавливателя около 42 м2. Каждая секция машины может быть 1 навешена на
тракторы ЮМЗ-6 или МТЗ-5ЛС. В качестве устройства для колебания деревьев
применен штамбовый инерционный вибратор с двумя неуравновешенными
массами, захват которого может обхватить штамб дерева диаметром до 350
мм. Вибратор установлен на одной секции, на другой смонтирован
продольный отводящий транспортер и наклонный поперечный транспортер,
подающий плоды в контейнер.
Фирма Килби (США) выпускает машину, состоящую из
двух самоходных секций
Каждая секция имеет три ведущих ходовых
колеса с приводом от автономных гидродвигателей. Улавливающая
поверхность пассивного типа, состоит из плоских наклонных щитов,
покрытых мягким амортизирующим материалом' и сверху водонепроницаемой
тканью. На одной секции установлен штамбовый вибратор для колебания
дерева, на другой — продольный выгрузной транспортер с устройством для
затаривания плодов в контейнер. Легкие примеси удаляются потоком воздуха
на участке отрыва плодов от транспортера, т. е. в момент, когда ворох
(плоды и мусор) находится во взвешенном состоянии.
Машина работает в нескольких европейских странах. Производительность
машины на уборке слив в условиях Венгрии составила 50 деревьев за час
при обслуживании і машины четырьмя рабочими — двумя водителями и двумя
вспомогательными рабочими [37]. Машина может убирать плоды с деревьев,
диаметр кроны которых не 1 более 6 м, высота 5,0—
7,5 м, высота штамба не менее 60 см с расположением концов ветвей не
ниже 120 см от земли. При этом вибратор захватывает дерево только один
раз за штамб и может сообщать ему колебания с частотой 1200—2100 циклов
в минуту (в зависимости от убираемого сорта плодов).
Самоходные плодоуборочные машины фирм Голд и Перри, Харвестер (США)
описаны в работе [20]. Техническая характеристика машин приведена в
табл. 6.
Машина фирмы Голд работает в условиях СССР (в Никитском ботаническом
саду) на уборке миндаля, показывая вполне удовлетворительные результаты
по полноте съема и улавливания плодов.
Машина модели С фирмы Перри Харвестер испытывалась на уборке различных
культур в условиях СССР в сезоны уборки 1973 г. и 1974 іг. В результате
испытаний установлено, что полнота съема плодов с дерева составляет
90—92%, полнота улавливания в пределах 95—96%, потери плодов на землю на
стыке секций 5—6%, повреждения плодов 8—9%, повреждения деревьев в месте
захвата штамбовым вибратором в среднем 11—14%. Последнее может быть
объяснено плохой обзорностью штамба дерева из-за его небольшой высоты и
свисающих ветвей.
Качество плодов убранных машиной оказалось вполне удовлетворительным.
Вишни и черешни продавались в свежем виде и использовались для
приготовления компотов. Яблоки реализовывались в свежем виде и сдавались
на техническую переработку. При этом первым сортом на техническую
переработку принималось 85—90% убранных машиной плодов.
Испытания показали хорошую маневренность, проходимость и
производительность машины. При уборке вишни достигнута
производительность 40 деревьев в час, черешни — 27,
яблок — 33, слив — 23 дерева в час. При уборке отдельных сортов яблок
достигнута производительность 47 деревьев в час.
Фирма Перри Харвестер, кроме плодоуборочной машины модели С, изготовляет
еще две упрощенные плодоуборочные машины моделей FE и ЕЕ для уборки
плодов на техническую переработку.
Машина модели FE состоит из двух самоходных секций: на первой расположен
продольный и наклонный транспортеры, предназначенные для
транспортирования плодов с улавливающей поверхности и загрузки их в
контейнеры; на второй установлен штамбовый вибратор, аналогичный
вибратору машины модели С.
Каждая самоходная секция установлена на три ходовых колеса — два задних
колеса образуют ведущий мост, переднее колесо является управляемым
(возможен поворот колеса на 180°) и одновременно ведущим. Привод всех
колес индивидуальный от героторных гидродвигателей.
Улавливающая поверхность состоит из щитов, наклон к горизонту которых
может изменяться с помощью гироцилиндров. Щиты покрыты эластичным
материалом толщиной 38 мм, который, в свою очередь, покрыт влагостойкой
пленкой.
Машина модели ЕЕ является промежуточной между машинами моделей С и FE.
Обе ее самоходные секции имеют устройства для транспортирования и
затаривания плодов.
Основным преимуществом модели ЕЕ является малый дорожный просвет
горизонтальной части улавливателя, что дает возможность применять эту
машину в садах, деревья в которых имеют небольшую высоту штамба, в садах
с полукарли-ковыми деревьями и с уплотненной посадкой.
В качестве устройств для колебания деревьев >на машине могут быть
применены как штамбовые вибраторы, так и турель-ные стряхиватели.
Фирма Перри Харвестер по отдельным заказам изготовляет самоходную машину
модели G, снабженную полотном, которое с помощью простого приспособления
расстилается (сматывается) под деревом, и саморазгружающимся поддоном.
Колебания деревьев в основном осуществляют штамбовым вибратором, однако,
при необходимости, машина может быть оборудована турельним
стряхивателем.
При работе машины плоды падают на заранее уложенное под деревом полотно,
и при скручивании последнего поступают на саморазгружающийся поддон.
Поднимая один конец поддона, плоды направляют на транспортер, который
загружает их в контейнер. Эта машина проще и дешевле только что
описанных, но при ее эксплуатации требуются значительные затраты ручного
труда.
Плодоуборочная машина фирмы Фрайди трактор состоит из
двух самоходных секций, системы транспортеров, для
загрузки контейнеров плодами, турельных стряхивателей на каждой секции и
штамбового вибратора на одной секции и других вспомогательных узлов.
На машине установлены два двигателя внутреннего сгорания: на секции
только с турельным стряхивателем — двигатель мощностью 30 л. с., на
секции со штамбовым вибратором и турельным стряхивателем — двигатель
мощностью 66 л. с.
Ходовая система каждой секции состоит из четырех колес, объединенных в
два управляемых моста. Привод ходовой системы — гидромеханический.
Улавливающая поверхность обеих секций покрыта эластичным материалом
толщиной 50 мм, сверху которого положена водоотталкивающая пленка. Над
этой поверхностью устанавливают амортизирующие ленты, гасящие скорость
падения плодов.
Система продольных и поперечных транспортеров обеспечивает загрузку
плодов в контейнеры. Очистка плодов от легких примесей осуществляется
воздушным потоком, создаваемым специальным вентилятором.
Одной из особенностей штамбового вибратора машины фирмы Фрайди трактор
является возможность раздвижения губок захватного устройства на 1200 мм,
что облегчает ориентацию секции относительно подлежащего обхвату штамба,
т. е. увеличивает маневренность всей плодоуборочной машины. Другой
особенностью является оборудование вибратора автоматическим
приспособлением для подачи специальной жидкой смазки к коре штамба
дерева. Это предотвращает повреждение коры при зажиме губками захвата.
Емкость для жидкой смазки расположена на подвижной части захвата и
вмещает количество жидкости (около 32 л), достаточное для смазки коры
1000 деревьев.
Плодоуборочная машина фирмы SSP представляет собой автономное
энергетическое средство, снабженное складывающимся полотняным
улавливающим устройством в виде перевернутого зонта (в развернутом виде
зонт имеет диаметр 9 м) и штамбовым вибратором с регулируемой частотой
колебаний. Привод всех узлов и ходовой системы машины — гидравлический.
Машина оборудована устройствами для транспортирования, затаривания и
очистки плодов от легких примесей с помощью воздушного потока,
создаваемого вентилятором. На ней предусмотрена площадка для
транспортирования семи пустых контейнеров.
Плодоуборочная машина фирмы SSP предназначена для уборки персиков,
абрикосов, вишни, чернослива, сливы, олив, миндаля, грецкого ореха и
фисташки.
Фирма ОМС выпускает самоходную на трех колесах машину
«Катхал III», аналогичную машине фирмы SSP с
зонтообразным улавливающим устройством диаметром 6,6 м в развернутом
виде и штамбовым вибратором. Машина имеет длину 8100 mms и радиус
поворота по крайней точке не более 6 м. Шины высокой проходимости
позволяют работать машине в тяжелых условиях в саду.
Фирма Халсей изготовляет самоходную плодоуборочную машину «Хустлер»,
аналогичную машине модели FE фирмы Перри Харвестер. В отличие от машины
модели FE данная машина имеет четырехколесное шасси с индивидуальным
приводом каждого колеса. Одна секция машины оборудована штамбовым
вибратором с захватом в виде j ножниц, другая — системой
транспортирования и затаривания плодов. Направление потока плодов на
машине «Хустлер» не изменяется, в то время как на машине модели FE плоды
с продольного транспортера поступают на наклонный транспортер,
расположенный по отношению к первому под углом 90°. Продольный
транспортер машины «Хустлер» выполнен с наклонной частью, под которую
устанавливают контейнер. В качестве улавливающей поверхности применены
щиты общей площадью 7,3X7,3 м, покрытые эластичным материалом. При
необходимости,' за счет удлинителей, поверхность улавливания может быть
увеличена до 8,53x8,53 м. Управление машины, за исключением включения
передач (12 переднего хода и 4 заднего), гидравлическое.
Фирма Халсей изготовляет также машину модели 300, отличающуюся от
рассмотренной тем, что имеет трехколесное шасси с приводом задней
двухколесной оси. Остальные показатели машины такие же, как и машины «Хустлер».
Кроме того фирма Халсей изготовляет штамбовые вибраторы трех типов:
вибраторы двух типов используют на рассмотренных здесь машинах,
вибраторы третьего типа — на тракторе, для колебания деревьев при съеме
плодов на землю.
Штамбовые вибраторы на автономных тракторах для колебания различных по
величине деревьев выпускают и ряд других фирм США. Так, фирма Килби
выпускает штамбовые вибраторы двух типоразмеров, монтируемые на
четырехколесном шасси с шестицилиндровым двигателем V8. Оба вибратора
могут быть оснащены захватами в виде ножниц или струбцины и подвешены
спереди энергетического средства. Стандартный вибратор может захватывать
деревья на высоте 5,18 м, вибратор модели «Делюкс» — на высоте 7,0 м.
Фирма FMC изготовляет штамбовые вибраторы трех моделей одинаковой
конструкции, различающихся лишь захватными приспособлениями. Вибратор
модели HVSS имеет захват в виде ножниц, моделей HVSM и HVS —
струбцинного типа с величиной открытия соответственно 508 и 914 мм.
Масса вибратора, участвующая в колебаниях, может регули-роваться за счет
свинца, загружаемого в головку вибратора.
Вибраторы всех трех моделей можно навешивать на штангу длиной 2,4 или
3,6 м, которую при транспортировке можно складывать.
Вибратор со штангой монтируют на четырехколесное энергетическое средство
с индивидуальным гидроприводом колес. На машине установлен насос подачей
245 л/мин и масляный бак вместимостью 363 л. Шасси имеет четыре передние
и одну заднюю скорости.
Вишня занимает особое место среди других плодов. Она не может храниться
длительное время, ее трудно транспортировать на далекие расстояния,
затраты труда на уборку достигают в отдельных странах до 80% общих
затрат труда по возделыванию этой ценной культуры.
Трудоемкость ручного сбора вишни в 6—8 раз выше трудоемкости сбора
яблок, персиков и груш. Так, в США на уборку вишни затрачивается
450—1000 чел.-ч на 1 га, в СССР — 600— 700 чел. — ч на 1 га. В других
странах затраты труда примерно такие же.
Во всех странах подавляющая часть собранной вишни направляется на
переработку. В среднем перерабатывается не менее 70% урожая.
Учитывая короткие агротехнические сроки, темпы ручного сбора вишни не
могут удовлетворять садоводческие хозяйства. Кроме того, огромны потери
урожая от птиц. Чем больше растянут срок уборки, тем большие потери
плодов от птиц. Так, в Центральной и Западной Европе потери от птиц
составляют 40% и более всего биологического урожая [42].
Для защиты урожая от птиц в Европе испытывали различного типа птицеловки
и автоматические карбидные пистолеты [42].
Птицеловки оказались малоэффективными, а к выстрелам птицы быстро
привыкали. Попытки применить электроакустические приборы для отпугивания
птиц также не дали положительных результатов. В некоторых странах
применяют для защиты урожая от птиц нейлоновые (Франция, США, Новая
Зеландия и др.) и полиэтиленовые (Япония) сети шириной 17 м. В этом
случае в вишневом саду ставят столбы с проволокой, сверху которой
натягивают сети. Операция эта трудоемкая и дорогостоящая — на 1 га
расходуют сети стоимостью 500 долларов, а также требуется работа 5
рабочих в течение двух дней. Из-за неудобства установки и дороговизны
широкого применения сети не находят [42].
С целью сокращения сроков уборки, повышения производительности труда и
уменьшения потерь от птиц во многих странах, широко культивирующих
вишню, изыскиваются новые способы ее уборки.
Ручные устройства для уборки урожая вишни не нашли
широкого применения из-за большой массы вибратора, необходимости
переборки (очистки) снятых плодов с целью удаления посторонних примесей
(листьев, веточек, сухих плодов и т. п.) и неудобства затаривания
плодов.
Дальнейшим развитием технических средств для уборки вишни явилось
создание вибрационных машин. Уборка урожая с древовидных вишен может
осуществляться в условиях СССР плодоуборочной машиной ВСО-25 «Стрела» и
другими подобными машинами.
Серьезной проблемой при машинной уборке вишни является ее дальнейшее
использование. В некоторых странах проверялась и уже находит применение
технология уборки машиной с загрузкой вишни (для последующей
транспортировки) в емкости с водой, что улучшает товарный вид плодов,
очищает их от легких примесей и дает возможность удлинить срок хранения
до переработки. Температура воды в емкости должна быть в пределах от +10
до 15°. Для ее поддержания в емкость иногда закладывают лед [34].
Вишню, транспортируемую в емкостях с водой или с раствором двуокиси
серы, трудно продавать по весу. В США для этих целей разработан метод
объемного измерения ягод в растворе.
Для улучшения товарного вида плодов и избежания ожогов в отдельных
штатах США убирают вишню машиной в более прохладное время суток, в том
числе ночью.
При машинной уборке получают вишню с плодоножкой и без нее, поэтому
возникла необходимость изыскать способ выделения ягод с плодоножками. В
США применяют сепарацию вишни по различию скорости опускания в жидкой
среде ягод с плодоножками и без них и по различной ориентации под
действием центробежных сил. Наличие плодоножки приводит к некоторому
увеличению скорости опускания ягод в водном растворе соли, и этот
признак положен в основу гидродинамической сепарации, несмотря на
определенный разброс конечных скоростей из-за непостоянства формы ягод.
Силы, воздействующие на ягоды на обрезиненном диске, совершающем
планетарное движение, вызывают движение ягод по спирали с раскачиванием.
Однако для каждого сорта вишни нужно найти частоты, отвечающие равному
углу отклонения плодоножек от оси вращения, после чего возможна
простейшая механическая сепарация. На некоторых плодоперерабатывающих
заводах США сортировка плодов с плодоножками и без них выполняется на
электронных сортировальных машинах производительностью до 1000 кг/ч.
Особое место среди плодоуборочных машин занимают машины для уборки вишни
с полукустовидных деревьев. Полуку-стовидная вишня культивируется в
основном в СССР. Наибо-лее распространенными сортами этой вишни
являются: Любская„ Владимирская и Жуковская.
Деревья полукустовидной вишни этих сортов имеют небольшой высоты штамб
(22—38 см), диаметр его на половине высоты равен 7,0—8,5 см, высота
деревьев составляет 2,3—2,8 м с диаметром кроны поперек ряда 3,0—3,2 и
вдоль ряда 3,0—-3,1 м. Одной из главных отличительных особенностей
полукустовидной вишни является то, что от маленького штамба отходит 6—10
скелетных ветвей. Схемы посадки деревьев 5X3, 5X2,5 и даже 5X2 м.
Изучение отечественного и зарубежного опыта по уборке мелких косточковых
плодов (вишни, черешни, мелкоплодной: сливы, мирабели, морели, оливы и
др.) позволило установить, что для уборки вишни с полукустовидных
деревьев должна быть, создана специальная машина, способная захватывать
дерево один раз за штамб для ускорения процесса съема плодов и„
следовательно, увеличения производительности труда.
При решении этой проблемы теоретическим путем с после-дующим
подтверждением скоростной киносъемкой были определены
амплитудно-частотные режимы работы вибратора, обеспечивающие необходимые
колебания ветвей для съема 98% и; более плодов.
Были проведены экспериментальные исследования различных материалов для
улавливающей поверхности. Основные требования к подобному материалу
заключаются в том, чтобы он не вытягивался, был прочным, легким,
влагостойким и легко, моющимся. Испытанию были подвергнуты материалы
более десяти типов (брезент, парусина, палаточное полотно, материал, для
плащей и т. п.). Все эти материалы оказались неподходящими из-за
неудовлетворительной влагостойкости, что приводило при намокании к
образованию мешков, в которых затем, скапливались плоды.
Наилучшим материалом, отвечающим почти всем требованиям, можно считать
мелиоративную ткань, которая и была рекомендована для изготовления
улавливающей поверхности проектируемой машины.
Не менее важным вопросом при создании машины явилось, определение
расчетным путем необходимых скоростей воздушного потока для очистки
плодов от посторонних легких примесей.