Принципиальные схемы механических подборщиков некоторых типов приведены на рис. 20, а – з. С использованием этих схем в ряде стран развитого садоводства разработаны и разрабатываются разнообразные подборщики, одни из которых находятся в серийном производстве, другие — в стадии макетных образцов, третьи находятся еще в стадии полевых и лабораторных исследований.
Подборщики, защемляющие плоды между двумя поверхностями (рис. 20, а), разрабатываются в ряде стран. За рубежом их называют вальцовыми подборщиками, так как в качестве подбирающих рабочих органов применяют обрезиненные вальцы в сочетании с бесконечными лентами (ремнями).
Вальцовые подборщики созданы и выпускаются в США, Франции и других странах. Так, французская фирма Каквель изготовляет самоходный вальцовый подборщик производительностью 1,9 – 2,3 т/ч на базе шасси садового трактора. Ряд фирм США изготовляют вальцовые подборщики с шириной захвата 2,08 м производительностью 1 т/ч. Одни модели таких подборщиков оснащены сепарирующими барабанами и аспирационными каналами для отделения легких примесей, другие — сепарирующими барабанами со шнековым подводящим устройством и механизмами для воздушной очистки плодов от примесей.
Вальцовые подборщики удовлетворительно подбирают плоды, достаточно твердые, почти правильной формы. Плоды неправильной формы (например, груши) трудно подобрать таким рабочим органом, так как для гарантированного защемления их зазор между лентами должен быть меньше минимального размера плода. При определенном, заранее установленном зазоре крупные плоды могут быть раздавлены, а мелкие или не будут подобраны, или скатятся вниз по ленте, так как не будут защемлены. Если же валики подпружинить, то при подборе крупных плодов зазор увеличится и мелкие плоды останутся на поверхности почвы.
Наиболее распространенными являются подборщики механического типа, оснащенные пальцами для захвата плодов. Подбирающий механизм пальцевых подборщиков имеет самые различные сочетания. Имеются подборщики, у которых подбирающий механизм выполнен в виде двух транспортеров с пальцами (рис. 20, б), одного транспортера с пальцами в сочетании с ленточным транспортером без пальцев (рис. 20, в), барабана с пальцами в сочетании с пассивными или активными валиками небольшого размера, пальцевых барабанов в сочетании с устройством лемешного или транспортерного типа и т. д.
Одним из первых серийных пальцевых подборщиков был американский подборщик (рис. 21), предназначенный для подбора грецких орехов, слив, фиников.
Подборщик имеет подбирающее устройство в виде ленточного транспортера 1 с резиновыми пальцами длиной 31,7 мм и диаметром 4,7 мм (расстояние между пальцами в ряду 12,7 мм), в сочетании с гладким ленточным транспортером 2 и валиком подъемного устройства диаметром 22,2 мм (см. схему подбирающего устройства на рис. 20, в). Рама подбирающего устройства установлена на специальные копирующие колеса 5. Для исключения повреждений и вдавливания плодов копирующими колесами перед ними установлены резиновые шнеки 6, расчищающие путь. При этом направление витков шнеков обеспечивает подачу плодов к подбирающему устройству машин. Плоды, подобранные с земли, поступают затем через скатную доску 3 в кузов самоходной тележки 4, управляемой вручную. Ширина захвата подборщика составляет 0,91 м. Его применяют в основном для подбора плодов, снятых принудительным способом с помощью вибрационных машин с деревьев на заранее подготовленную землю (земля прикатана, если есть газон, то он подстрижен).
При эксплуатации этих подборщиков в хозяйственных условиях получена достаточно высокая производительность (до 8 т/ч при скорости 2,7 км/ч). Стоимость уборки одного ящика плодов уменьшилась почти в 5 раз при однократном подборе плодов машиной, почти в 3 раза при двукратном и только в 1,5 раза при четырехкратном подборе.
Рис. 20. Принципиальные схемы некоторых типов механических подборщиков
Рис. 21. Схема пальцевого подборщика США
Особую трудность при создании этого подборщика вызвала разработка подбирающего устройства для подъема мелких плодов. Первоначально пытались применить большие барабаны с пальцами. Однако барабан с пальцами, вращающийся по направлению движения машины, оказывал сильное давление на плоды и прижимал их к земле. Барабан с пальцами, вращающийся в направлении, обратном направлению движения машины, скатывал плоды, создавая валок перед пальцами, которые не успевали их забирать.
Валок образуется, когда пальцы барабана расположены радиально и находятся почти вертикально в момент контакта с плодом, а сила, приложенная в это время к плоду, имеет горизонтальное направление. В случае применения изогнутых пальцев сила Прикладывается к плоду под другим углом, но тогда плоды катятся вперед. Таким образом, в обоих случаях плод не захватывается, а лишь перекатывается по почве, образуя валок.
Для обеспечения высокой полноты подбора плодов подбирающее устройство должно состоять из двух барабанов (рис. 22). Небольшой обрезиненный валик 2, вращающийся в направлении, обратном направлению движения машины, должен сочетаться с относительно большим барабаном 1 (в 3 – 5 раз большим валика), находящимся впереди и выше валика и вращающимся в направлении движения подборщика. При этом большой барабан должен быть с эластичными пальцами, чтобы не повреждать плодов 4, когда они находятся в зоне контакта 3 между валиком и барабаном.
Рис. 22. Схема работы подбирающего устройства
Таким образом, подъемный валик с диаметром, приблизительно равным диаметру плода, создает необходимую силу, направленную вверх, а барабан, расположенный впереди и выше валика, создает силу, действующую через центр тяжести плода и обеспечивающую необходимый захват его. С подобным подбирающим устройством выполнен описанный выше подборщик, который на подготовленной почве (газоне) обеспечивает почти полный подбор плодов без повреждений. При этом в плодах находится 0,5 – 3,0% мусора по отношению к общему количеству собранных в тару плодов.
Несколько иное устройство имеет подбирающий механизм, «схема которого показана на рис. 20,б. Здесь роль подъемного валика выполняют пальцы смежного ленточного транспортера, при этом обеспечивается высокая полнота подбора.
Фирма Харвей Харвестер (США) изготовляет подборщик падалицы яблок, идущих для переработки на сок, пюре, пасту и т. п. Подборщик — прицепной, производительностью 600 – 3000 кг/ч, обслуживается двумя рабочими. В качестве подбирающего рабочего органа применен барабан с резиновыми пальцами длиной 152 мм, диаметром 22 мм. Пальцы на барабане расположены рядами: расстояние между рядами 70 мм, между пальцами в ряду 63,5 мм. Барабан вращается в направлении движения подборщика со скоростью в 1,5 раза превышающей поступательную скорость агрегата. Резиновые пальцы подают яблоки на прутковый транспортер, который направляет их в контейнер, находящийся на подборочном агрегате. Примеси от яблок удаляются на прутковом транспортере. Привод всех узлов машины — гидравлический от индивидуальных гидродвигателей. Прицепное устройство можно устанавливать под углом к линии движения агрегата, что позволяет подводить подборщик под крону и подбирать находящиеся там плоды.
Характерной особенностью подбирающих органов этих машин является наличие щетки (в виде лопастного или пальцевого ротора), которая сообщает плодам направленную скорость, подавая их на приемные устройства активного (транспортеры) или пассивного (лотки) действия. Обычно эти подборщики используются на уборке орехов.
Лопастные подборщики плодов (см. рис. 20, г) находят ограниченное применение в некоторых странах, поэтому здесь не описываются.
Для подбора орехов и апельсинов в США изготовляют щеточные подборщики фронтально-навесного и прицепного типов. Подбор плодов у фронтально-навесных подборщиков производительностью до 0,33 га/ч осуществляется аппаратом типа мотовила (см. рис. 20,д), у прицепных машин применен роторный механизм (см. рис. 20, е) захватом 2,4 м с пружинными пальцами, обеспечивающий подбор до 1 т/ч плодов. При использовании подобных машин плоды трясут на полотна и затем вручную скатывают полотна для расположения плодов в рядок или сгребают плоды в рядок специальными боковыми граблями, которые навешивают на автономный трактор.
В США для сгребания цитрусовых плодов в рядок применяют модифицированные сенные грабли с гидрофицированным управлением для отвода граблей от штамбов деревьев. Повреждение плодов при этом незначительное, не захваченные граблями плоды не превышают 3% общего количества на земле.
В Саратовском институте механизации сельского хозяйства им. М. И. Калинина Ю. В. Ефремовым исследован роторный принцип подбора плодов. Опыты показали, что однороторный механизм подбора с эластичными лопастями (из прорезиненного ремян) и упругими пальцами (из резиновых трубок), забрасывающими плоды на транспортер, обеспечивает подбор только 40 – 50% плодов. Лучшую полноту Подбора (80 – 90%) показал двухроторный механизм с упругими пальцами, но при небольшой скорости движения агрегата (0,8 км/ч). Этот принцип неприемлем на подборе яблок мелкоплодных сортов. Кроме того, при работе таких подборщиков на открытых почвах плоды очень загрязняются, поэтому применение подборщиков данного типа целесообразно лишь в садах, засеянных мелкой травой.
В последнее время в США разработано несколько подборщиков для цитрусовых плодов, принудительно снятых с деревьев на землю с помощью вибрационных машин. Наибольшего внимания заслуживают два подборщика.
В штате Флорида разработан самоходный подборщик для цитрусовых плодов, состоящий из фронтального щеточного аппарата 1 (рис. 23) в виде шнека, сгребающего плоды в узкий валок, четырехлопастного мотовила 2, подкапывающего лемеха 3 и сепарирующего устройства с однорядного картофелекопателя. Рабочие органы монтируют на самоходном шасси со всеми ведущими колесами и гидрообъемной трансмиссией.
Фронтальный щеточный аппарат захватом 3,0 м выполнен в виде шнека диаметром 870 мм с шагом 610 мм. При этом металлические витки шнека имеют диаметр 616 мм, а концевые части витков изготовлены в виде резиновых пальцев диаметром 25,4 мм и длиной 127 мм с расстоянием между пальцами 93 мм. Окружная скорость шнеков по концам пальцев равна 2,2 м/с. На их привод расходуется мощность 1,4 л. с. Расстояние концов пальцев от земли в пределах 12 – 38 мм поддерживается при помощи специальных опорных катков.
Полный сбор плодов с земли достигается тем, что они захватываются подкапывающим лемехом со слоем почвы толщиной 25 – 50 мм. При подъеме почвы плоды поддерживаются четырехлопастным (мотовилом диаметром 305 мм, которое вращается со скоростью 2,25 м/с, потребляя при этом мощность около 0,8 л. с.
Рис. 23. Схема подборщика плодов цитрусовых культур (США)
С подкапывающего лемеха ворох поступает на подборочный транспортер 4 ленточного типа и далее на прутковый элеватор 8 шириной 610 мм с шагом прутков 51 мм, на котором происходит первичная очистка плодов от почвы и мусора. Скорость подборочного транспортера принята равной 0,75 м/с, а скорость элеватора 0,9 м/с.
Для окончательной сепарации применен наклонный полотняный транспортер 5, выполняющий функцию сортировальной горки, в которой плоды катятся вниз навстречу движению полотна, а мусор выносится лентой транспортера и сбрасывается на землю.
С сортировальной горки плоды поступают в ковшовый элеватор 6, который подает их в бункер с движущимся дном — выгрузным ленточным транспортером 7.
Привод всех узлов машины и обеспечение ее хода осуществляется от бензинового двигателя, коленчатый вал которого связан непосредственно с шестеренным насосом, обслуживающим гидрообъемную трансмиссию ходовой части, и с винтовым насосом, обслуживающим гидропривод всех рабочих органов. При этом на самопередвижение машины со скоростью 0,4 км/ч затрачивается мощность около 1 л. с, на привод всех рабочих органов около 12 л. с, на транспортирование машины со скоростью до 26 км/ч — 17 л. с. Общая масса машины 5900 кг, длина 10,4 м.
Для удовлетворительной работы машины необходим валок шириной менее 3,0 м, который может быть создан граблями или вручную. При таких условиях машина обеспечивает подбор плодов в пределах 185 – 272 кг/мин. Установлено, что при такой производительности один подборщик может обслужить шесть вибрационных машин, с помощью которых плоды снимаются на землю.
Определение качества плодов показало, что сразу после подбора видимых повреждений нет, через три дня у 3,7% плодов обнаруживаются повреждения, через неделю — у 40% плодов. В связи с этим плоды могут быть использованы только для технической переработки.
Отличительной особенностью второй машины для подбора цитрусовых плодов с земли, также разработанной в штате Флорида, является то, что (она одновременно сгребает плоды по ширине всего (или половины) междурядья сада и подбирает их, тогда как почти все разработанные предыдущие машины требовали предварительного образования валка.
Машина предназначена для подбора плодов цитрусовых, предварительно снятых с деревьев с помощью вибрационных машин. Принцип образования валка основан на косом сгребании плодов тремя сгребающими секциями шириной захвата 4,41 м, установленными под углом 65° к направлению поступательного движения машины (рис. 24).
Крайняя сгребающая секция 2 оборудована управляющим рычагом 1, который при контакте секции со стволом дерева включает приводной электродвигатель, обеспечивающий отвод секции от ствола. Возвращение секции в первоначальное положение осуществляется вручную с места оператора. На этой же секции имеется специальный «датчик препятствия», который срабатывает при ее контакте с низкорасположенными ветвями, обеспечивая отвод секции назад на 30,5 см.
Рис. 24. Схема перемещения плодов в подборщике
Передняя сгребающая секция 11 машины сгребает плоды, находящиеся перед колесами и цепным транспортером 10.
Средняя сгребающая секция 3 подбирает плоды, подаваемые крайней и средней секциями, и подает их на цепной транспортер подборщика.
Подбирающая часть машины образована решетчатым цепным транспортером 10 длиной 610 мм, шириной 737 мм с шагом цепных звеньев 51 мм. Цепной транспортер нижней ветвью контактирует с грунтом и имеет скорость перемещения, в 2 раза превышающую скорость движения самой машины. Плоды, попавшие на верхнюю ветвь цепного транспортера, подводятся к разгрузочному барабану 8 диаметром 890 мм, который подает их на поперечный ременный транспортер 9. Поперечный транспортер перемещает плоды к подъемному устройству 5 через устройство для удаления мусора 4. С подъемного устройства через разгрузочный лоток 7 плоды поступают в бункер 6 емкостью 2,4 м3. Бункер может подниматься и наклоняться при разгрузке.
Колеса-датчики 12 контролируют высоту расположения над землей цепного подбирающего транспортера и всех сгребающих секций без вмешательства оператора.
На подборщике установлены приводной бензиновый двигатель рабочим объемом 2650 см3 и гидростатическая трансмиссия переменной емкости. Предусмотрен привод двух или четырех колес.
Испытания подборщика в сезон уборки показали, что он подбирает 97,1 – 98,3% плодов. При этом от стволов деревьев необходимо отгребать плоды с помощью ручных грабель примерно на 0,5 м. Повреждения плодов не превышали 5,5%. Коэффициент использования рабочего времени на подборе плодов в среднем составил 61%. Остальное время шло на разгрузку бункера, технологические простои и ремонт машины. На сухом и ровном грунте производительность машины достигала 300 ящиков в час (ящик вмещает 41 кг плодов) при средней скорости движения агрегата 8,1 м/мин.
В сельскохозяйственном институте созданы макетные образцы двух подборщиков, схемы которых показаны на рис. 20, ж, з.
Подборщик плодов (см. рис. 20, ж) представляет собой четырехзвенный механизм с наклонно удлиненной стороной, конец которой выполнен в виде ступенчатой поверхности из отдельных секций с зазорами, предназначенными для просевания мусора. Над ступенчатой поверхностью установлен специальный экран, на нижней стороне которого расположена ворсовая ткань (щетка). При движении подборщика плоды попадают на ступенчатую поверхность, совершающую за счет кинематических связей с четырехзвенным механизмом сложные колебательные движения, обеспечивающие захват и продвижение плода по наклонной поверхности. Затем плоды поступают на ленточный транспортер и далее на наклонный продольный транспортер и в тару.
Шнековый подборщик плодов (см. рис. 20, з) состоит из четырех шнеков, винтовая поверхность которых может быть изготовлена из ворса или металла, покрытого эластичным материалом. Под двумя задними шнеками установлен козырек, ниже которого расположено устройство для погрузки плодов. Весь подборщик навешивают сбоку колесного трактора. При движение подборщика два шнека образуют валок и перемещают плоды к первому козырьку, с которого два других шнека перемещают плоды на поперечный транспортер, откуда они поступают в тару.
В Научно-исследовательском зональном институте садоводства нечерноземной полосы (НИЗИСНП, Москва) работают над созданием подборщика плодов лифтерного типа. Его работа основана на подборе плодов специальными эластичными пальцами, установленными на расходящихся клиновых ремнях.
В ряде садоводческих хозяйств уже сейчас изготовляют игольчатые подборщики для подбора падалицы яблок.
Проведенный анализ машин для подбора плодов позволяет сделать заключение, что удовлетворительная работа подборщиков всех типов может быть достигнута на специально подготовленной почве в саду.
