CC BY
30
УДК 631.35
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПРОЦЕССА ПРОКАТА СТЕБЛЕЙ ТОМАТОВ ПЛАНЕТАРНЫМИ ВАЛЬЦАМИ
Абликов В.А. - д. т. н., профессор Вдовиченко М.Н. - аспирант Тимофеев М.Н. - инженер Кубанский государственный аграрный университет
В статье рассмотрены элементы теории процесса проката стеблей томатов планетарными вальцами при механизированной многоразовой уборке.
Несмотря на то, что некоторые хозяйства применяют томатоуборочные машины иностранного производства, такие как «Помак», «МБ-5600» и др., проблема механизации уборки томатов остается очень острой и отечественная машина пока не создана.
В настоящее время назрела необходимость создания уборочной машины многоразового сбора плодов по мере их созревания. Это дает возможность увеличить продуктивность плантаций в 2-3 раза, сократить повреждаемость плодов, исключить ручной труд сборщиков.
В основу изготовления экспериментальной машины может быть положен планетарный многовальцовый плодоотделитель, который и стал предметом наших исследований. Разработаны одно- и двухбарабанные планетарные плодоотделители пиккерного типа, которые устанавливают под углом а к направлению движения машины. В передней части барабанов расположены активные стеблеподъемники.
В процессе теоретического анализа установлено, что кинематические параметры планетарного многовальцового плодоотделителя сущест-
венно влияют на технологические операции процесса плодоотделения. Во время перемещения плодоотделителя, расположенного под углом а к направлению движения, плодостебельная масса прокатывается вальцами. При этом процесс съема плодов осуществляется за счет двух видов деформации растения - теребления (колебания) стеблей куста и очесывания плодов. Отделяются только крупные плоды, размер которых больше зазора в рабочей щели. Плод будет отделен, если усилие воздействия вальца превысит силы связи с плодоножкой. Мелкие плоды, завязи и цветки остаются на растении в поле и продолжают расти.
Рассмотрим технологический процесс проката стеблей планетарным многовальцовым аппаратом (см. рис.). Количество вальцов на барабане планетарного аппарата Кт определяется по формуле для двухбарабанного аппарата:
Кт =---------------------------------------p-, (1)
a + 1 с2 • sin a
где а - центральный угол, определяющий на стебле положение точек начального и конечного касания вальца со стеблем;
лс2 - отношение окружной скорости барабана 2 к скорости протягивания стебля,
1.2 = (2)
с
Для однобарабанного аппарата
Кт =о+*, (3)
где a и b - центральные углы на планетарном и цилиндрическом барабанах, определяющие на стебле точки начального и конечного положения вальца;
w2
£ = — - отношение скоростей вращения цилиндрического и планетарного w1
барабанов.
Протягивание стеблей планетарными вальцами
Для двухбарабанного аппарата следует принимать Кт= 6-9 шт., для однобарабанного - е = 3 - 6 и Кт = 6-10 шт.
Если количество вальцов Кт принять большим, чем может быть получено по формулам (1) и (3), то это отношение будет называться коэффициентом перекрытия.
Из формул (1) и (3) угловые скорости планетарных барабанов: для двухбарабанного аппарата
о =
/
г2 • 81п а
р -а
К
V у
(4)
для однобарабанного аппарата
а>, ю9 = —
ь
(5)
Условие проката стебля в рабочей щели
а+1 тх-х мх > о, (6)
где Qc - усилие протягивания стеблей от движения машины; ХТх и XNх -суммы проекций на направление движения стеблей сил нормального давления со стороны вальцов 3 и 4, прокатывающих стебель, и сил трения.
X N = Мх3 + Мх4,
ХТх = Тх3 + Тх4. (7)
Для определения сил Ых3, Тх3, Nx4 и Тх4 используется предположение
профессора И.В. Кравельского о равномерном распределении нормальных давлений q3 и д4 для точек контактов вальцов со стеблем, принятое им при изучении смятия лубяных культур.
Тогда элементарная сила (см. рис., а):
ё q3 = ^3 Ь3 г3 d 5 ,
<1 q4 = q4 Ь4 г41 5 , (8)
где г3 и г4 - радиусы окружностей вальцов 3 и 4; Ь3 и Ь4 - ширина площади
соприкосновения стебля с вальцами.
Проекции элементарных сил на оси X и Y равны:
d q3x = d q3 • cos 5, d q3y = d q3 • sin 5
d q4x = d q4 • cos 5, d q4y = d q4 • sin 5 . (9)
В ходе интегрирования выражений (8) и (9) по а в пределах от 0 до
а3 и от 0 до а4 получим
аз I /Л
Q3x = Jd q3x = q3b3 • r31 -cos аз ),
0
a3 //
Q3y = Jd q3y = q3b3r3 •sin a3 ; (10)
0
a3 / /Л
Q4x = J d q4x = q4b4 • r4\! - cos a4 /
0
a3 /
Q4y =J d q4y = q4b4 • r4 • sin a4 ; (H)
0
// //
где a3 и a4 - углы охвата вальцов стеблями,
// //
a 3 =ma 3, a 4 =ma 4,
m - коэффициент уменьшения углов а3 и а4, учитывающий смятие прокатываемого стебля перед вальцами вследствие его упругости, m = 0,76.
Из условия равновесия стебля Q3y = Q4y по оси Y и равенства — = — :
q4 b3
// //
r4 • sin a4 = r3 • sin a3 . (12)
Из трапеции О312О4, имея в виду выражение (12), после преобразований получим
cos a" = C - + r32 , (13)
2 Cm - dc • r3
где Cm - расстояние между центрами вальцов 3 и 4,
Cm = r3 + r4 +D
dc - толщина, стебля, сжатого вальцами 3 и 4 на входе в рабочую щель, определяется в зависимости от диаметра стебля dc и отношения —; А - за-
Г4
зор между вальцами 3 и 4.
Подставляя N3 =^Q32x + Q32y и N4 =у Q4x + Q4y в выражения (10) и (11),
после преобразования получим значения сил R3 и R4:
//
R3 = N3 V1 + f3 = 2q3b3r3 • sin ~+ f3 ,
//
R4 = N^i + f42 = 2q4b4r4 • sina^V1^/42, (14)
где f3 иf - коэффициенты трения вальцов 3 и 4 по стеблям.
54
/
/
Точки приложения сил R3 и R4 определяются значениями углов 53 и
' Q3x 1 - cos a3 "
53 = arctg----------------------------—-= arctg-----w~ = 0,5a3 ;
Q4 y sin a3
sin a3
s' * Q4 x . 1 - cos a4 " nt-\
54 = arctg----------—— = arctg--------= 0,5a4 . (15)
Q4 y sin a 4 sin a4
Если принять, что
// // a 3 = 0,76a 3 и a 4 = 0,76a 4, (16)
то 53 = 0,38а 3 и 54 = 0,38а 4.
Так, по Н.М. Николаеву 5'= (0,22 - 0,39)а.
Моменты сил Я3 и Л*4 относительно мгновенных осей вращения вальцов 3 и 4 будут равны:
М3 = ^3р5 ,
М4 = ^4р6. (17)
где р5, р6 - соответственно плечи сил Я3 и Л*4.
Значения р5 и р6 (см. рис.) определяются из треугольников П3О35 и
П4О46:
//
г/
/
/
р5 = А^ А2с3 + 1 - 2Ас3 • с^ 53 ,
1 с3
4
р6 = Т±‘ Ас 4
д/а24 +1 - 21с4 • со8 54 . (18)
Мощность Жс,, потребная на прокат стеблей вальцами двухбарабанного аппарата:
Кс = ес [М3 (“3 -“2 )+ М4 К -“1)] , (19)
где ес - количество стеблей, находящихся одновременно в рабочей щели;
ЬшБК
ес = ^7^, (20)
3600 Ус ’
где Ь - средняя длина стебля; т - количество стеблей на 1 га; В - ширина захвата комбайна; ¥к - скорость движения комбайна; Ус - скорость движения стеблей в рабочей щели; М3 и М4 - моменты соответствующих равнодействующих сил N и Т относительно мгновенной оси вращения.
Выводы. При рассмотрении процесса проката стеблей пасленовых овощей как проката упруго-пластичного материала получены зависимости, определяющие кинематические и энергетические параметры планетарных многовальцовых плодоотделителей.
