CC BY
15
УДК 631.358:635.34
АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ДЛЯ БЕРЕЖНОЙ ОТГРУЗКИ КОЧАНОВ ПРИ МАШИННОЙ УБОРКЕ КАПУСТЫ
АЛАТЫРЕВ С.С.,
доктор технических наук, доцент, профессор кафедры транспортно -технологических машин и комплексов ФГБОУ ВО Чувашская ГСХА; E-mail: s_alatyrev1955@mail.ru, +7 937 391 13 50.
КРУЧИНКИНА И.С.,
кандидат технических наук, доцент кафедры математики, физики и информационных технологий ФГБОУ ВО Чувашская ГСХА.
АЛАТЫРЕВ А.С.,
ассистент кафедры транспортно-технологических машин и комплексов ФГБОУ ВО Чувашская ГСХА. ЮРКИН А.П.,
аспирант кафедры транспортно-технологических машин и комплексов ФГБОУ ВО Чувашская ГСХА.
Реферат. При традиционной машинной уборке капусты кочаны повреждаются в значительной степени, что отрицательно сказывается на сохранности их в период хранения. Основная часть повреждений приходится на процессы отгрузки кочанов элеватором капустоуборочной машины в кузов транспортного средства. В этой связи разработан новый способ машинной уборки кочанной капусты (пат. № 2554403) в щадящем режиме. В нем, в отличие от традиционного, кочаны сначала бережно отгружаются в щадящем режиме на гибкий корытообразной формы настил, установленный над съемными контейнерами в кузове сопровождающего транспортного средства. Затем кочаны с настила бережно перекладываются вручную в контейнеры для последующей закладки в них на хранение. В целях избежания механических повреждений кочанов необходимо предотвращать падение кочанов друг на друга при отгрузке. Следовательно, кочаны капусты после падения на гибкий настил должны откатываться на безопасное место, откуда удобно было бы доставать их рабочим при перекладке в контейнеры. Наиболее предпочтительным местом накопления кочанов на гибком настиле является участок, находящийся на расстоянии, не большем вытянутой руки рабочего от его края. Для выполнения данного условия, т.е. обеспечения эффективного функционирования приспособления, используемого в новом способе уборки капусты теоретически обоснованы его основные параметры. Установлено, что следует располагать кромки гибкого настила на разных уровнях, причем кромка, находящаяся ближе к капустоуборочному комбайну должна быть выше дальней кромки на величину h , определяемую из условия ^ул; ширину полотна настила по периметру кривой провисания следует принять согласно
выражению S = l + (здесь l - ширина пролета настила, ¡1 - коэффициент трения качения кочана по по-
верхности настила).
Ключевые слова: новый способ уборки капусты, гибкий настил, обоснование параметров.
ANALYTICAL SUBSTANTIATION OF THE CONSTRUCTIVE PARAMETERS OF THE APPLIANCE FOR THE CAREFUL LOADING OF CABBAGE-HEADS AT MACHINE HARVESTING
ALATYREV S.S.,
doctor of technical science, Federal State Budgetary Education institution of Higher Education «Chuvash State Agricultural Academy», ; E-mail: s_alatyrev1955@mail.ru, +7 937 391 13 50.
KRUCHINKINA I.S.,
candidate of technical science, Federal State Budgetary Education institution of Higher Education «Chuvash State Agricultural Academy»
ALATYREV A.S.,
assistant, Federal State Budgetary Education institution of Higher Education «Chuvash State Agricultural Academy» YRKIN A.P.,
post graduate students, Federal State Budgetary Education institution of Higher Education «Chuvash State Agricultural Academy»
Essay. The heads are damaged to a large extent when traditional machine-harvesting cabbage, which adversely affects their safety during storage. The main part of the head damage happens during the in body of transport facilities of shipment.
In this regard, a new way of machine-harvesting of cabbage heads is developed (pat. №2554403) in sparing conditions. In it, unlike the traditional way the head cabbages are carefully shipped in sparing conditions on the flexible floor of trough-shaped form, which is installed above removable containers in body of the accompanying transport facilities. After that the cabbage heads are carefully put to the containers for subsequent putting them for storage. In order to avoid mechanical damage to the heads it is necessary to prevent the heads falling on each other during shipment. Consequently, cabbage-heads after falling on a flexible floor must go to a safe place, where it was convenient for workers to get them, when folded into containers. The most preferred place of accumulation of heads on flexible floor is at a distance, no more than by the outstretched hand of the worker from his edge. To fulfill this condition, i.e. for providing effective functioning device, that is used in the new method of harvesting cabbage, its basic parameters has been theoretically justified. It is established that the edge of flexible flooring needs to be at different levels, moreover, the edge, which is closer to the cabbage-harvesting combain, must be higher the edge by the magnitude h , which is determined from the condition ; width of the deck
floor along the perimeter of the sagging curve should be taken according to the expression s = l + 7h2/, (here l - width of floor, /u - coefficient of rolling friction over the floor surface).
Key words: a new way of cabbage harvesting, flexible floor, the estimation of parameters.
Введение. При традиционной машинной уборке капусты кочаны повреждаются в значительной степени, что отрицательно сказывается на сохранности продукции в период хранения [1].
Основная часть повреждений приходится на процессы отгрузки кочанов элеватором капустоуборочной машины в кузов транспортного средства навалом и последующей закладки на хранение в буртах [2].
В этой связи предложен новый способ машинной уборки кочанной капусты (пат. РФ № 2554403 [3]) в щадящем режиме на базе капустоуборочного комбайна
МКК-1 [4], разработанного в Чувашской ГСХА совместно с ЗАО «Техма» группой компаний «Техмашхолдинг» (г. Чебоксары).
В отличие от традиционного способа уборки капусты, сначала кочаны бережно отгружают капустоуборочным комбайном 1 на гибкий настил 2 корытообразной формы, установленный на специальной стойке над съемными контейнерами в кузове сопровождающего транспортного средства 3 (рисунок 1). Затем кочаны с настила бережно перекладывают в контейнеры 4, ориентируя кочерыгами в стороны их бортов.
Рисунок 1 - Новый способ машинной уборки белокочанной капусты в щадящем режиме
Наиболее предпочтительным местом накапливания кочанов на гибком настиле является участок его края, находящийся ближе к рабочим на расстоянии, не большем длины их вытянутых рук. При этом становится удобным доставать кочаны рабочим при перекладке в контейнеры, а зона выгрузки кочанов на настиле будет иметь максимальную ширину, что облегчает условия контроля взаимного положения сопровождающего транспортного средства и уборочного агрегата в работе.
Для выполнения указанного условия кромки гибкого настила следует располагать на разных уровнях, причем кромка, находящаяся ближе к капустоуборочному комбайну, должна быть выше дальней кромки на величину И (рисунок 2).
Для выявления условия откатывания кочанов после падения на настил в зону накопления в окрестности точки С (рисунок 2) рассмотрим его предельное положение равновесия (рисунок 3).
В предельном положении на кочан капусты будут
действовать силы тяжести С и реакции N . Из-за местной деформации поверхности настила и кочана в зоне
контакта сила реакции N окажется смещенной от его
центра в сторону качения на величину к [5].
^ ^ ^ с
) '
V
0 ' с
1
Рисунок 2 - Схема размещения гибкого настила на стойке
/
Рисунок 3 - Схема к определению условия перекатывания кочана на гибком настиле
Цель и задачи исследования. Эффективность функционирования приспособления, используемого в новом способе уборки капусты для обеспечения бережной отгрузки кочанов, зависит от его конструктивных параметров, в частности от формы кривой провисания гибкого настила, координат низшей точки провисания настила и от ширины пролета и ширины полотна настила.
В этой связи целью исследований является выявление рациональных значений названных параметров.
Для достижения обозначенной цели поставлены задачи:
- описать методологию расчета основных параметров предложенного приспособления;
- анализировать характер влияния названных параметров на процессы отгрузки кочанов капусты.
Результаты исследований и обсуждение. В целях избежания механических повреждений кочанов необходимо предотвращать падение кочанов друг на друга при отгрузке. Следовательно, кочаны капусты после падения на гибкий настил должны откатываться на безопасное место, откуда удобно было бы доставать их рабочим при перекладке в контейнеры. Выполнение данного условия в основном зависит от формы кривой провисания гибкого настила (рисунок 2).
Разложим силу G на составляющие G■ sin« и G ■ COS С . Тогда из равенства моментов:
R ■ G ■ sin с = kN,
где R - радиус кочана,
С - угол наклона касательной к кривой провисания настила в точке падения кочана к горизонту.
Или с учетом N = G ■ COS С
G ■ sin с = kG cos с. R
Отсюда предельным условием равновесия кочана капусты на настиле является:
k
tgc = - =
R
где Л - коэффициент трения качения кочана капусты по прорезиненной поверхности гибкого настила (Л = 0,4...0,6) [6].
Таким образом, кочан капусты будет скатываться после падения на настил при условии
tgc)¡.
(1)
Заметим, величина угла С наклона касательной к горизонту зависит от координат z рассматриваемого сечения настила. Причем в пределах пролета l настила AB условие (1) выполняется не во всех точках.
Таким образом, характер поведения кочанов после падения на настил зависит от места его падения и вида кривой провисания.
Для более полного представления о кривой провисания настила рассмотрим равновесие его в целом (рисунок 4, а) и его части (рисунок 4, б).
Основной нагрузкой гибкого настила является собственный вес, распределенный по всей ширине равномерно с интенсивностью q . В точках закрепления А и
В усилия, действующие в настиле, равны реакциям КА и . Представляя реакции опор в виде горизонталь-(^лг и ) и вертикальных (КАУ и Км) со-
ных
AZ и AVBZ ) и вертикальных ( ^^у и >
ставляющих, выразим уравнения равновесия: а) для всего настила
- Ra, + Rbz = 0,
Ry - RBy+qi = o,
ql 2
RAzh - RAyi+^ = o,
(2)
б) для его части
- ^ + Т (^ ) = о,
- КАу + Ту ( г ) = 0
- ЯАуг + ЯАгу + ^ + М ( г ) = 0.
(3)
Приняв настил абсолютно гибким, т.е. М (г) = 0, и решая совместно выражения (2) и (3), выразим уравнение кривой провисания настила в виде:
У =
ql h
Л
2Тг (z) l j 2T, (z)
z--
qz
(4)
(здесь Т (2) - горизонтальная составляющая натяжения настила, одинаковая во всех сечениях, Н; I - длина пролета, м; к - разность высот расположения краев настила, м).
Рисунок 4 - Схема к определению уравнения кривой провисания гибкого настила
>
Анализируя выражение (4) следует заметить, что кривая провисания настила имеет аналитическое выражение параболы. В этой кривой, с точки зрения характера протекания процесса отгрузки кочанов капусты, представляет интерес положение точки С, являющейся самой нижней точкой провисания настила.
Следовательно, кочаны после падения на настил будут накапливаться в окрестности этой точки.
Положение точки С определим, исследуя функцию (4) на экстремум. Для этого ее дифференцируем по г и получим:
Ф
dz
с1
И
/ Ч-+-
2Тг ( z ) I
qz
(5)
Т ( z )■
Приравняв выражение (5) нулю, после преобразований получим:
1 Т ( z ) И z = а = -+ ^ 7 .
2 ql
(6)
Из выражения (6) видно, что положение точки С наибольшего провисания настила зависит от величины
горизонтальной составляющей его натяжения Т; (z) .
При Т (z) = q— а = I, т.е. положение наибольше-
р 2( ) 2И го провисания совпадает с положением опоры В (рисунок 4, а). В этом случае кочаны капусты, скатываясь по настилу, могут выпасть с настила, что не желательно с точки зрения обеспечения сохранности продукции.
с/12
При Т. (z) = —— низшая точка провисания С находится в пределах пролета настила на расстоянии -3/ -1/
а = —1 от опоры А (на расстоянии в = —I от опоры
В), что является наиболее предпочтительным условием для данного приспособления (рисунки 5, б), так как при этом кочаны капусты после отгрузки будут накапливаться в зоне, откуда рабочим удобно будет доставать при перекладке в контейнеры, так как она находится в пределах вытянутой руки рабочего, в частности при I = 1м в = 0,25м.
И
Заметим, при С = аг&§ — /Л на участке ЛБ для всех г с/¡Л (рисунок 2), причем в точке Б
И
С = аг^ — , следовательно, кочаны будут откатываться с места падения в зону накопления. Поэтому участок настила ЛБ можно принять как зону отгрузки кочанов.
Для изложенных выше условий выразим ширину полотна настила по периметру, рассмотрев геометрию линии его провисания.
На линии провисания настила выделим элементарный участок ds (рисунок 4,а). Длину элементарного участка, считая его прямолинейным, можно выразить следующей зависимостью:
ds = ^dz2 + dy2.
или
ds =
1+
2
V ^ У
dz.
(7)
Раскладывая выражение (7) в ряд по формуле бинома Ньютона получим:
ds =
1 -
, ,2 / \ 4
1[ dy ] 1 [ dy
2 V dz У 2 ■ 4 V dz
1
dy
2 ■ 4 ■ 6 V dz
dz.
Ограничиваясь первыми двумя членами ряда, полу-
чим:
(1з =
1+1
2
( Ф Л2
V ^ у
dz.
(8)
dy
Подставляя в выражение (8) вместо - выраже-
dz
ние (5), получим:
ds =
1+1
2
/1 ^И qz
2Т ( z ) I Т2 ( z )
dz.
а) б)
Рисунок 5 - Характерные случаи расположения низшей точки кривой провисания настила
Тогда ширина полотна настила по периметру кривой провисания:
i
S af
1+1
2
V
ql h qz Zrjz) +1" Tjz)
л2
dz.
После интегрирования и преобразований получим:
s _ i +hl
24T2 ( z ) или при Tz ( z ) = ■
S = l + ■
2l
ql2 4h 7h2
6l
Подставляя в выражение (9) значения I = 1м, к = 0,25м получим ширину полотна $ , равную 1,073м.
Вывод. Для обеспечения эффективного функционирования предложенного приспособления для бережной отгрузки кочанов при машинной уборке капусты в нем кромки гибкого настила следует:
1) располагать на разных уровнях, причем кромка, находящаяся ближе к капустоуборочному комбайну, должна быть выше дальней кромки на величину к, определяемую, исходя из условия
2) ширину полотна настила по периметру кривой провисания следует принять согласно выражению
<9) $ =' - ™%г
Список использованных источников
1. Кручинкина И.С., Алатырев А.С. К вопросу снижения повреждаемости кочанов при машинной уборке капусты: материалы Международной научно-практической конференции «Продовольственная безопасность и устойчивое развитие АПК». - Чебоксары: ФГБОУ ВПО ЧГСХА, 2015. - С. 617...620.
2. Алатырев С.С., Григорьев А.О., Алатырев А.С. Обоснование параметров устройства для отгрузки кочанов капусты в кузов транспортного средства // Тракторы и сельхозмашины. - 2015. - № 9. - С. 11-14.
3. Пат. 2554403 Российская Федерация, МПК А0Ш45/26. Способ уборки кочанной капусты и устройство для его осуществления / С.С. Алатырев, А.П. Юркин, В.В. Воронин, И.С. Кручинкина, А.С. Алатырев; 2014110585/13; заявл. 19.03.2014; опубл. 27.06.2015; Бюл. №18.
4. Малогабаритный капустоуборочный комбайн - эффективное техническое средство для современного овощеводства / С.С. Алатырев, Н.Н. Тончева, А.О. Григорьев и др. // Тракторы и сельхозмашины. - 2010.- № 3. - С. 14-17.
5. Алатырев А.С., Алатырев С.С. Определение места отгрузки кочанов капусты на упругом лотке // Продовольственная безопасность и устойчивое развитие АПК: материалы Международной научно-практической конференции, 2015. - С. 550-554.
6. Алатырев А.С. Обоснование конструкции и параметров отгрузочного устройства капустоуборочного комбайна: дисс. ... канд. техн. наук. - Чебоксары, 2016. - 165 с.
List of sources used
1. Kruchinkina I.S., Alatyrev A.S. To the issue of decreasing the damageability of cabbages during machine harvesting of cabbage: materials of the International scientific and practical conference "Food security and sustainable development of agro-industrial complex". - Cheboksary: FGBOU VPO CHGSHA, 2015. - P. 617 ... 620.
2. Alatyrev S.S., Grigoriev A.O., Alatyrev A.S. The basis for the parameters of the device for shipping cabbages to the body of a vehicle // Tractors and agricultural machinery. - 2015. - No. 9. - P. 11-14.
3. Pat. 2554403 Russian Federation, IPC A01D45 / 26. Method for harvesting cabbage and device for its implementation / S.S. Alatyrev, A.P. Yurkin, V.V. Voronin, I.S. Kruchinkina, A.S. Alatyrev; 2014110585/13; Claimed. 03/19/2014; Publ. 06/27/2015; Bul. №18.
4. Small-sized cabbage harvesting combine - an effective technical tool for modern vegetable growing / S.S. Alatyrev, N.N. Tonchev, A.O. Grigoryev et al. // Tractors and agricultural machinery. - 2010.- No. 3. - P. 14-17.
5. Alatyrev A.S., Alatyrev S.S. Determination of the place of cabbage cabbage shipment on the elastic tray // Food safety and sustainable development of the agroindustrial complex: materials of the International Scientific and Practical Conference, 2015. - P. 550-554.
6. Alatyrev A.S. Substantiation of the design and parameters of the dispatch device of a cabbage harvester: diss. ... cand. Tech. Sciences. - Cheboksary, 2016. - 165 р.
0
