Динамические особенности очеса стеблей льна Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

проекция центра его активной зоны очеса - -В/2совпадала с проекцией центра распределения семенных коробочек ткс, то есть чтобы в соответствии с рис. 2, Забыло равным нулю.

В этом случае потери семян IIс, геометрически выраженн ые в долях еди ни цы заштрихованными площадями, аналитически могут быть найдены с использованием известной теоремы — вероятности Р попадания случайной величины Кс (количество семян по ширине зоны расположения коробочек), подчиненной нормальному закону распределения с параметра-в заданный интервал от а до /3 [2]:

ми тксп окс,

Р(а <КС <р) = Ф

/л > Р-т*с ~Ф ( \ а-ткс

О и»| V ) I °кс )

Тогда потери семян будут равны:

’ /о Л ( \ “

= 1- ф|р % -Ф \а-тпкс

1 [о* , 0кс , .

Я. и В' 1 очесывающий барабан; 2 — зажимной транспортер.

(8)

(9)

где а и /? — координаты проекций границ активной зоны очесывающего аппарата Вкна кривую плотности вероятности /(Кс).

Аргументы функции Лапласа Ф в (8) имеют простой смысл: ф — тк,()/окс — это расстояние от правого конца участка /3 до центра рассеивания, выраженное в средних квадратичных отклонениях; (а — тК()/а кс — то же самое от левого конца участка, причем это расстояние считается положительным, если конец расположен справа от центра рассеивания.

Из выражения (8) следует, что все семена, оказавшиеся за пределами этой зоны, и составляют потери от неточности подачи ленты в очесывающий аппарат.

Литература.

1. ЛурьеА.Б., ЧерниковВ.Г., ОзеровВ.Г.Динамикальноуборочныхшшинкакобъектовуправления. Записки,ЛСХИ№248,Л.: 1974. — С. 25-32.

2. Черников В.Г., Порфирьев С.Г., Ростовцев Р.А. Очесывающие аппараты льноуборочных машин. Монография. М.: 2004. — 240 с.

ДИНАМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОЧЕСА СТЕБЛЕЙ ЛЬНА

Р.А. РОСТОВЦЕВ, кандидат технических наук ВНИПТИМЛ

К.В. ТАТАРНИЦЕВ, аспирант Тверская ГСХА

Практически все известные методы очеса семенных коробочек льна-долгунца имеют общую динамическую картину — касательное взаимодействие стебля с рабочим органом. В результате такого контакта происходит «захлестывание», при котором наблюдается изгиб стебля в сторону рабочего органа, а вершина стебля, несущая семенную массу, совершает движение по огибающей его траектории. Это явление играет важную роль в процессе очеса стеблей и может в зависимости от особенностей работы и конструкции очесывающего устройства оказывать, как положительное, так и отрицательное влияние.

Макаров Б.И. предположил, что изгиб стебля вызывают неуравновешенные силы упругости, возникающие в зоне напряженного состояния при деформации стебля под воздействием рабочего органа. Однако до конца указанное явление еще не изучено.

В процессе очеса рабочий орган скользит по стеблю. При этом он осуществляет давление Есж, вызывающее деформацию последнего в виде волны, фронт которой двигается впереди поверхности контакта (рис. 1а). Напряжения, возникающие перед фронтом волны и позади него, изменяются скачкообразно и различны по величине, что неизбежно вызывает в стебле пластические деформации. Скорость распространения волны деформации на много превосходит скорость движения рабочего органа и для каждого материала постоянна [1]. Так как воздействие на стебель осуществляет-

а о

Рис. 1. Схема взаимодействия стебля с рабочим органом при очесе.

ся на протяжении какого-то времени I, процесс представляет собой серию непрерывно распространяющихся волн, которые, достигнув конца стебля, отражаются и начинают двигаться в обратном направлении. В итоге в результате суперпозиции получаются стоячие волны.

Продольная деформация стебля сопровождается поперечным расширением, из-за чего силы упругости в зоне сопряженного состояния во внешней и внутренней части зоны деформации будут различаться и по величине, и по направлению. Это объясняется разным противодействием — одностороннее воздействие исполнительного элемента на стебель и подпор деформируемого стебля массой других стеблей. В итоге в зоне напряженного состояния появляется неуравновешенная сила упругости Р'уч>, создающая эффект деформации изгиба стебля во внешнюю сторону (рис. \а). Ее возникновение возможно лишь в непосредственной близости от рабочего органа, так как по мере удаления от него исчезает подпор деформируемого стебля массой стеблей из-за их свободного положения.

Примем, что деформация в стебле упругая и при захвате лопаткой происходит его расплющивание. Тогда упругую силу можно определить, как Р =рЛ ,

упр * () ст9

где рб — интенсивность давления на рабочие кромки лопатки со стороны стебельной массы; — диаметр стебля.

Применив метод приближений, запишем, что изгибающая сила равна

Р —ирМ ,(1)

изг *6 ст5 ' '

где ц < 1 — коэффициент пропорциональности.

С учетом того, что волна деформации движется вдоль стебля, напряжение в зоне неуравновешенной деформации не релаксируется и стебель будет совершать поворотное движение относительно центра О, лежащего в зоне его контакта с лопаткой.

Приведем массу стебля в точку А приложения изгибающей силы (рис. 16), которая будет перемещать-

ся вдоль стебля со скоростью рабочего органа V на расстоянии Д впереди него. Из условия сохранения энергии справедливо равенство энергии поступательного и вращательного движения, то есть.

0.5тя^ = 0,5/о^, (2)

где т — приведенная масса; УА — окружная скорость точки А; 1Ц — момент инерции стебля относительно точки 0,(а — угловая скорость поворотного движения стебля относительно центра О.

Скорость точки А может быть определена, как

ул =а,д. (3)

Момент инерции стебля, равен сумме моментов стебля и семясодержащей структуры

= »/+!«■/ (4)

где тк — масса семясодержащей структуры; тт — масса стебля; / = 1в - К/ — удаление вершины стебля от лопатки, где 1о — начальное удаление вершины стебля; / — время.

Тогда приведенная масса стебля с учетом выражений (2), (3) и (4) определится как

(5)

В соответствии со вторым законом динамики движение приведенной массы можно охарактеризовать дифференциальным уравнением

г-

т —— = г

" Л

Откуда

гР

V. =

Подставив значения (1), (5) и проинтегрировав, получим

ЪшзЛ А

Ч+С!

уА=-

>,(3 тк + тст%-Ур{) (6)

Перемещение точки А определим, проинтегрировав выражение (6)

Зир^А21п (/„ - К Л

К(3т*+«ш)

Постоянные интегрирования определим из начальных условий при I = О, УА = 0 и 5^ = 0. Окончательно найдем

У З^А 2(2/о-Г,0

" УМ3т*+тст%-ГГ*)’ З^А2[^-/01п[/0(/0-^)]]

УгМЪГП*+ГПа*)

Поведение вершины стебля определяют характеристики поворотного движения: угол поворота стебля <р = ^ /А; угловая скорость со = К,/А; угловое ускорение є — агА/А — Р^т^А , где агА — касательное ускорение вершины стебля.

В соответствии с полученными ранее зависимостями имеем, что перемещение вершины стебля равно 5Л, =<р1нт

3/^А(/0-кДк,ґ-/01п[/0 (/0-к/)]]

кіоЬт'+та*)

^ = -

• (7)

Скорость вершины стебля Ук= (1)1 или у 3^а(2/0-К/) ж Ур10 (Зтк + ) •

Касательное ускорение вершины стебля

(3^+'Ч-Х/о-К/)'

Нормальное ускорение вершины стебля

4-

(о-Г$ '

(8)

(9)

(10)

Задавшись временем / < (/Ки воспользовавшись формулами (7), (8), (9) и (10), можно построить графики траектории движения, скорости и ускорения верхушки стебля (рис. 2), несущей семясодержащую структуру, при следующих режимах работы и харак-

М 1:10

В качестве примера, где «захлестывание» играет положительную роль можно привести процесс очеса льна динамически активным очесывающим аппаратом монощелевого типа [2]. Его рабочий орган — лопатка, состоящая из двух половинок серповидной формы, между которыми имеется зазор. Во время работы половинки лопатки охватывают стебли льна, находящиеся в ленте, с двух сторон и протягивают их сквозь зазор. При этом стебли из-за криволинейности лопатки под воздействием сил трения и натяжения собираются в пучок, а верхушечная часть захлестывается за половинки лопатки. Так как верхушки стеблей не встречаются, они свободно перемещаются по своей траектории (рис. 2а). При этом скорость их движения падает, а ускорение неограниченно возрастает (рис. 26), что ведет к росту сил инерции, под действием

которых происходит отрыв семенных коробочек от стеблей, без контакта с рабочим органом и без повреждений. Это подтверждают и результаты экспериментов [3, 4]. При очесе стеблей льна динамически активным очесывающим аппаратом монощелевого типа, наблюдается большой процент неразрушенных семенных коробочек и практически полное отсутствие путанины в во-

Рис. 2. Графики траектории движения, скорости и ускорения при очесе.

теристиках: = 1,5-10_3м; Е= 1,2- 10б Н/м2; /г = 0,1;

т = 1,5-10‘3м; т = 1,5-10‘3м; / = 0,5м; V = 4 м/с;

ст 9 9 к 9 ’ О 9 9 р 19

А = 10_3м; р6 = 2,5-104 Н/м.

Из рисунка 2а видно, что траектория движения верхушки стебля представляет собой дугу, по которой его семясодержащая структура перемещается в сторону рабочего органа. При небольшой ширине последнего стебель будет его огибать — захлестываться. Это крайне нежелательно при очесе льна аппаратом гребневого типа [2]. Его рабочие органы (зубья) расположены в ряд с небольшими зазорами, через которые протягиваются стебли, и в случае захлестывания семенные коробочки стеблей из двух соседних зазоров будут двигаться навстречу, спутывая верхушки. В дальнейшем это вызовет разрыв спутанных стеблей, что приводит к большому выходу путанины.

семясодержащей структуры стебля рохе.

Таким образом, явление захлестывания нужно учитывать при проектировании очесывающих аппаратов. Например, для гребневого очесывающего аппарата, где его роль отрицательна, уменьшить выход путанины, можно путем последовательного очеса. Тогда при протягивании стеблей сквозь зазоры между зубьями длина протягиваемой части стебля возрастает постепенно, а его верхушечная часть будет лишена зерносодержащей структуры, что значительно снизит спутывание верхушек и силы инерции, действующие на стебель.

Для динамически активного очесывающего аппарата монощелевого типа необходимо подобрать такие параметры и режимы работы, при которых отделение семенных коробочек от стеблей происходит вместе с соцветием. Это позволит избежать повреждений семян и уменьшить содержание путанины в ворохе без снижения выхода длинного волокна.

Литература.

1. Работное Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. — Учеб. пособие для вузов. — 2-е изд., испр. — М.: Наука. Гл. ред. физ,-мат. лит., 1988. — 712 с.

2. Черников В.Г., Порфирьев С.Г., Ростовцев Р.А. Очесывающие аппараты льноуборочных машин (теория, конструкция, расчет): Монография. — М.: «Издательство В ИМ», 2004. — 240 с.

3. Ростовцев Р.А. Повышение качества очеса стеблей льна путем совершенствования технологии и оптимизации параметров и режимов работы очесывающего аппарата. Дис. ...канд. тех. наук. — Тверь, 2003. — 195 с.

4. Родионов Л.В. Разработка процессов и рабочих органов машин для раздельной уборки льна. Дис. ...док. тех. наук. Тверь,1991. — 445 с.