При пневматическом подборе плодов конечная скорость восходящего воздушного потока ϑr должна быть достаточной для поднятия максимального количества плодов, расположенных на земле. При этом векторы скоростей воздушного потока ϑa, витания плода ϑd и конечной скорости ϑr и сами скорости должны находиться в следующей зависимости (рис. 15):
Рис. 15. Схема сил, действующих на плод, при пневматическом подборе
Из рис. 15 видно, что R cos Θ — Р cos Θ = 0, в свою очередь
R cos Θ = CrρBϑ2rS,
где Θ — угол наклона воздушного потока; Cr — коэффициент аэродинамического сопротивления плода; ρB — плотность воздуха; ϑr—скорость воздушного потока; S — миделево сечение плода.
Правая часть последнего уравнения может быть приравнена к Р cos Θ, т. е. CrρBϑ2rS = Р cos Θ.
С учетом изложенного ϑr и ϑa будут
Минимальное значение скорости воздушного потока ϑr, достаточное для подбора плодов, получается при малом отношении массы к миделеву сечению плода. Плоды, отвечающие этому требованию, наиболее легко подбираются с земли пневматическими устройствами. При этом сор с земли захватывается в минимальных количествах.
Пневматические подборщики пытались применять во многих странах. Первыми машинами такого типа явились так называемые мотоаспираторы.
Небольшие партии мотоаспираторов самоходной и прицепной модификаций для подбора грецких орехов и некоторых других подобных плодов до сих пор выпускают в США. Они имеют небольшую ширину захвата и малую производительность — около 9 – 10 ц/ч, что является главным сдерживающим фактором их широкого применения.
Попытки изготовить пневматические подборщики большой производительности в США, Италии и других странах не привели к желаемым результатам, так как они потребляют большую мощность на выполнение процесса и забирают вместе с плодами много мусора, удаление которого из плодов в машине крайне затруднено.
В связи с этим стали широко использовать заборные устройства с механически-пневматическим принципом действия. Машины с таким принципом действия имеют три основных механизма: подбирающий (подметающий) барабан, пневмотранспортер и очистительное устройство.
Примером машины, в которой использован механически-пневматический принцип подбора плодов с земли, является самоходный подборщик «Орхард-721» фирмы Темперли (рис. 16), изготовляемый несколькими фирмами США. Его производительность при принудительном съеме плодов с дерева на землю с помощью вибрационной машины составляет 12 т/ч. При подборе падалицы производительность подборщика зависит от количества плодов, находящихся на земле. Подборщик оборудован пневматическим соплом, перед которым расположен барабан длиной 1,8 м с круглыми резиновыми пальцами. Плоды и мусор, подобранные с земли, поступают в направляющую трубу,разделенную продольным козырьком на две части. В нижней части установлен ленточный транспортер, в верхней, удаленной от сопла, — осевой вентилятор. Скорость потока воздуха подобрана таким образом, что легкие примеси (листья, веточки, трава, пыль и т. п.) засасываются в верхнюю часть трубы и выбрасываются наружу, а плоды поступают на ленточный транспортер и подаются им в самоопрокидывающийся бункер, установленный в задней части машины. Подборщик снабжен двигателем внутреннего сгорания мощностью 65 л. с, от которого приводятся все узлы, в том числе гидродвигатели ходовых колес.
Рис. 16. Самоходный механически-пневматический подборщик «Орхард-721»
В последнее время подборщик фирмы Темперли значительно усовершенствован. В частности, пальцы барабана изготовлены из трапецивидного ремня необходимой жесткости, что позволяет подбирать плоды даже из травы.
В подборщиках с механически-пневматическим принципом подбора плодов для сепарации захваченной почвы обычно применяют грохоты и прутковые барабаны, легковесные примеси удаляют воздухом, а камни, по размеру не отличающиеся от плодов, удаляют на наклонных горках с параллельным воздушным потоком, который предотвращает скатывание плодов, но не может удержать камни. Этот принцип приемлем при подборе орехов, семечковые плоды же в процессе многократного активного воздействия грохотов и прутковых барабанов сильно повреждаются.
Разновидностью пневматических подборщиков являются вакуумные машины. В серийном производстве таких машин пока нет.
В нашей стране В. Ф. Брехуненко и др. создан макетный образец роторного подборщика с вакуумными присосами для подбора плодов с земли. Главным рабочим органом подборщика является эластичный ротор, на цилиндрической поверхности которого установлены вакуумные присосы (рис. 17, в). Работа подборщика в значительной степени зависит от оптимальных параметров вакуумных присосов. Накладывая чашечку присоса на плод и откачивая воздух, можно плотно соединить присос с плодом.
В. Ф. Брехуненко установлено, что вакуумные присосы на подбирающем рабочем органе следует размещать в шахматном порядке с шагом, зависящим от размеров подбираемых плодов. Наиболее эффективными в работе и простыми в изготовлении, по исследованиям автора, являются присосы, конструктивные размеры которых находятся в следующем соотношении (см. рис. 17, в):
R = 0,75d; h = (0,05 ÷ 0,10)d.
Подъемная сила вакуумного присоса может быть определена по формуле
где μp — коэффициент трения резины по плоду; р1 — атмосферное давление; р2 — давление во внутренней полости вакуумного присоса; k3 — коэффициент запаса.
Экспериментальные исследования позволили В. Ф. Брехуненко рекомендовать аналитическую зависимость между величиной вакуума и диаметром чашечки вакуумного присоса
где G0 — усилие отрыва вакуумного присоса от поверхности; kи — коэффициент, учитывающий неполное использование присоса при увеличении диаметра чашечки; F — площадь чашечки присоса.
Исследованиями установлено, что оптимальный диаметр эластичного ротора равен 450 – 550 мм, диаметр чашечки присоса находится в пределах 12 – 14 мм, шаг установки присосов на роторе равен (1,25 – 1,5)d, разность давлений в присосе (снаружи и внутри камеры) должна быть в пределах 250 — 350 мм рт. ст.
Макетный образец подборщика плодов с вакуумными присосами изготовлен в Ворошиловградском сельскохозяйственном институте.
Эластичный ротор 4 подборщика (рис. 17, а) установлен на раме 5, опирающейся на пневматические колеса 6. Рама ротора шарнирно закреплена на основной раме, установленной сбоку трактора. На навесной системе трактора смонтирована вакуумная установка 15, приводимая в действие от ВОМ трактора через редуктор. В вакуумной установке использован насос ВВН-12. Подъем установки в транспортное положение осуществляется гидроцилиндрами 1. Ротор приводится во вращение от ходовых колес с помощью цепных передач 7, установленных с обеих сторон ротора. При работе подборщика на мягком грунте, с целью обеспечения непрерывного вращения ротора, предусмотрен его дополнительный привод от гидромотора 8, соединенного с гидравлической системой усилителя сцепного веса. В комплект подборщика входят транспортеры 9, 11, 12, которые используются при укладке яблок в ящики 13, расположенные на прицепной тележке 14.
Ротор рабочего органа (рис. 17, б) состоит из вала 16, золотника 20, продольных трубопроводов 17, гибких трубопроводов 18 и вакуумных присосов 19. Сверху ротор прикрыт кожухом 3, который при движении агрегата отклоняет низкорасположенные ветви. Для улучшения съема плодов с присосов и передачи их ротором на поперечный транспортер 9 между ротором и транспортером предусмотрены специальные резиновые плодоотражатели 10. Для удаления плодов с пути ходовых колес последние снабжены специальными щитками 2.
Рис. 17. Схема подборщика плодов с вакуумными присосами:
а — схема агрегата; б — схема рабочего органа в поперечном разрезе; в — схема вакуумного присоса
Работа подборщика с вакуумными присосами заключается в следующем. Агрегат, перемещаясь по междурядью, подводит ротор с присосами к лежащим на земле плодам. Присосы соприкасаются с плодами, захватывают их и переносят к поперечному транспортеру, с которого плоды поступают на продольный и наклонный транспортеры и далее в ящики.
По данным В. Ф. Брехуненко, плоды, подобранные подобным подборщиком, не повреждаются. Не полностью собираются мелкие плоды и плоды, расположенные плодоножкой вверх. Последнее не является закономерностью, так как часто на один плод приходится несколько присосов, что обеспечивает достаточно высокую гарантию их захвата с земли. Вместе с тем рабочий орган сравнительно сложен в изготовлении, поэтому пока машины с вакуумными присосами не нашли широкого применения.
