CC BY
33
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 631.331.52+635.25/26
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЛУКА-СЕВКА СОРТА БЕССОНОВСКИЙ МЕСТНЫЙ
П. А. Емельянов, доктор техн. наук, профессор; А. Г. Аксенов, аспирант ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА», т. (8412) 62-85-79
В статье представлены результаты исследований физико-механических свойств лука-севка сорта Бессоновский местный с точки зрения его ориентированной посадки. Рассмотрены результаты проводимых ранее исследований по данной тематике. Описана методика определения физико-механических свойств лука-севка. Результаты исследований представлены в виде диаграмм и графиков. Проведен анализ исследований методами вариационной статистики.
Ключевые слова: лук-севок, исследование, физико-механические свойства, анализ, ориентированная посадка.
Исходными данными для конструирования высаживающих аппаратов являются физико-механические свойства высаживаемого материала. На их основе определяется принципиальная схема высаживающего аппарата, его геометрические и кинематические параметры [1, 2].
Поэтому в программу исследования было включено отыскание следующих параметров и характеристик физико-механических свойств лука-севка: размерно-весовой характеристики, центра тяжести, коэффициентов трения скольжения и качения, прочностные характеристики, а также определение отличительных признаков, относительно которых луковицы можно ориентировать.
Исследованием некоторых физико-механических свойств лука-севка занимались многие ученые [3]: Ларюшин Н. П., Мачне-ва Н. П., Лудилов В. А., Конанков П. Ф., Куха-рев О. Н.. Однако только в исследованиях Кухарева О. Н. этот вопрос рассматривается с точки зрения возможности ориентированной посадки лука-севка, но имеющиеся показатели не являются достаточными при разработке новых технических средств для ориентирования луковиц при посадке. Поэтому при исследовании физико-механических свойств уделялось внимание уточнению известных показателей и определению новых, необходимых для создания работоспособных конструкций посадочных машин.
Рис. 1. Гистограмма распределения массы луковиц Нива Поволжья № 1 (10) февраль 2009
Исследование физико-механических свойств проводилось в период посадки лука-севка в течение 2007-2008 годов. Лук хранился в лукохранилищах, отвечающих требованиям хранения лука-севка. Проба для исследования бралась из лука-севка, отобранного для посадки.
При обработке результатов пользовались методами вариационной статистики и ПЭВМ. Приборы и аппаратура, используемые при исследовании, выбирались в расчете на массовые измерения [4].
В размерно-массовую характеристику объединены следующие признаки лука-севка: масса, размер и форма.
Масса луковиц является той характеристикой, которая характеризует все силовые расчеты. В опытах массу каждой луковицы определяли на весах модели GF-200, позволяющих получать результаты с точностью до 2 мг. Полученные данные представлены на рис. 1.
Анализируя эти данные, необходимо отметить, что масса луковиц колеблется в широких пределах (коэффициент вариации 43,9 %). Однако для ориентирования луко-
виц такая величина варьирования массы не имеет большого значения.
Размеры луковиц являются определяющими факторами принципов ориентирования и посадки, а также выбора конструктивных параметров высаживающего аппарата. Поэтому определялись следующие размеры луковиц (рис. 2): й - наибольший диаметр луковицы, мм; Н - высота луковицы без вешки, мм; сС - диаметр вешки, мм; Л - высота вешки, мм.
с
У 11
1 ! о и X 11
й
Рис. 2. Схема луковицы в плоскости ХОУ с основными размерами
8,8-11,4 11,5-14,1 14,2-16,8 16,9-19,5 19,6-22,2 22,3-24,9 25,0-27,6 27,7-30,3 30,4-33,0
Р, мм
Рис. 3. Гистограмма распределения наибольшего диаметра луковиц
Рис. 4. Гистограмма распределения высоты луковиц без вешки
Рис. 5. Гистограмма распределения диаметра вешки
25 20 15 10 5 0
20 22 20
14
11 8
2 1 2 ■ — ш
2,8-4,9 5,0-7,1 7,2-9,3 9,4-11,5 11,6- 13,8- 16,0- 18,2- 20,413,7 15,9 18,1 20,3 22,5
И, мм
Рис. 6. Гистограмма распределения высоты вешки
25 20 15 10 5 0
20
15 16 Л
12 11 —
3 3 7
0,817- 0,849- 0,881- 0,913- 0,945- 0,977- 1,009- 1,041- 1,0730,848 0,880 0,912 0,944 0,976 1,008 1,040 1,072 1,104
Рис. 7. Гистограмма распределения индекса формы
Для определения данных размеров был использован штангенциркуль с точностью измерения 0,02 мм. Результаты измерения представлены на рис. 3, 4, 5, 6.
Из анализа результатов видно, что все размеры варьируют в широких пределах,
это необходимо учитывать при разработке конструкции высаживающего аппарата.
Форма луковицы при ориентированной посадке является тем фактором, который определяет форму рабочих органов высаживающего аппарата, возможность ориен-
тирования, сохранение устойчивого положения.
Форма луковиц определяется индексом формы г, который определяется по формуле (1) [5, 6].
Н
г = — (1)
Б
По классификации А. А. Казаковой весь лук по форме делится на пять типов в зависимости от индекса формы [5]. Вычисленная нами величина индекса формы лука-севка лежит в пределах 0,82-1,10. Анализ этих данных показал, что более 90 % луковиц имеют округлую форму, остальные - плоско-округлую. Результаты обработки индекса формы приведены на рис. 7.
В расчетах на опрокидывание и устойчивость форма луковицы должна быть выражена или в математической зависимости, или описана в геометрическом плане. При этом для определения положения заданного тела на ориентирующих поверхностях достаточно иметь две проекции тела, в качестве которых наиболее целесообразно принять проекцию на плоскость, проведенную через ось симметрии и перпендикулярную к ней.
Для исследования формы луковиц севка использовали установку, разработанную Емельяновым П. А для определения контуров различных тел [7]. Она состоит (рис. 8) из основания 1, на котором имеется игла 2 для фиксации луковиц, экрана 3, фильмоскопа 4 для создания светового луча.
Для снятия формы (рис. 8) луковица 5, наколотая на иглу 2, освещается в темноте лучом света от фильмоскопа 4. Тень от луковицы проектируется на бумажный экран 3. Обводя карандашом контуры этих теней, получаем форму луковицы.
5
кривой идеальной окружности. Из аналитической геометрии известно, что поверхность, получаемая от вращения окружности вокруг своей оси, есть сфера.
Рис. 8. Схема установки для определения формы луковиц
В результате проектирования луковиц на экране были получены кривые 2-го порядка (рис. 9), которые затем аппроксимировались известными методами.
В плоскости XOY и XOZ была получена форма кривой, приближающаяся к форме
Рис. 9. Форма луковицы в плоскостях ХОУ и ХО2
Сравнивая наши данные с определением идеальной сферы, можно сказать, что лук-севок сорта Бессоновский местный без вешки представляет собой однородное тело сферической формы.
Расположение центра тяжести луковицы наряду с формой является определяющим фактором при выборе способа ориентирования. В свою очередь, положение центра тяжести однородного тела зависит от формы тела. Как нами было установлено, форма луковицы севка представляет собой однородное тело сферической формы. Следовательно, можно предположить, что центр тяжести луковицы лежит на оси симметрии в плоскости наибольшего диаметра в точке О (рис. 2).
Ориентирование и посадка происходят при взаимодействии луковиц с рабочими органами. При этом между ними возникает сила трения, зависящая от коэффициента трения /.
Коэффициент трения качения /1 и коэффициент трения скольжения определяли для стальной поверхности, очищенной от ржавчины, окрашенной стальной поверхности и полимерной поверхности.
Оба коэффициента - /1 и - определялись по наименьшим показателям углов трения ф, при которых начинается перекатывание или скольжение луковицы по материалу, так как тангенс этого угла определяет коэффициент трения. То есть
tg< = / . (2)
Угол < определяли на приборе (рис. 10) типа Щучкина.
Методика получения данных принята обычная. Испытываемый материал (поверхность) закрепляется на платформе 1, которая затем с помощью рукоятки 2 приводится из горизонтального положения в наклонное.
При определении угла трения качения рх луковицы укладывали по одной произвольно. При определении же угла трения скольжения р 2 , чтобы луковицы не скатывались, а скользили, их скрепляли по две штуки. Результаты опытов представлены графически на рис. 11 и 12.
Анализируя полученные данные, можно отметить, что угол трения качения меньше угла трения скольжения. Средние значения углов варьируют в небольших
пределах. Наименьшие значения углов трения качения и скольжения получили на полимерной поверхности, наибольшие - на окрашенной поверхности.
При ориентированной посадке лука-севка, после того как луковица переведена в заданное положение, её необходимо зафиксировать в этом положении и удерживать до момента высадки в борозду. Осуществить это можно, удерживая луковицу за вешку, следовательно, необходимо определить усилие разрыва вешки от луко-
Рис. 10. Схема прибора для определения углов трения
30 25 20 15 10 5 0
♦ по полимеру ■ по стали А по краске
--ГГ^^^—^-Т-т-т- ^ ^-■И-
4,0-4,9 5,0-5,9 6,0-6,9 7,0-7,9 8,0-8,9 9,0-9,9 10,0- 11,0- 12,0- 13,010,9 11,9 12,9 13,9
14,014,9
угол трения качения, град
Рис. 11. Вариационные кривые распределения угла трения скольжения
Рис. 12. Вариационные кривые распределения угла трения качения Нива Поволжья № 1 (10) февраль 2009
вицы, которое влияет на параметры высаживающего аппарата.
3
Рис. 13. Схема лабораторной установки для определения усилия разрыва вешки
Для определения усилия разрыва вешки была изготовлена лабораторная установка (рис. 13) состоящая из основания 1, динамометра 2, винтового механизма 3.
Методика получения данных принята следующая. Луковица крепится между динамометром 2 и винтовым механизмом 3, после чего вращают винт, который, поднимаясь, увлекает за собой луковицу, связанную с динамометром 2; пружина динамометра растягивается до тех пор, пока вешка не разорвется.
Значение, зафиксированное динамометром 2 в момент разрыва, является усилием разрыва вешки.
Результаты опытов представлены на рис. 14.
При проведении расчетов необходимо учитывать наименьшее значение разрыва вешки, которое равно 10,1 Н.
В результате проведенных исследований физико-механических свойств лука-севка были получены данные, необходимые для разработки конструкции высаживающего аппарата и проведения необходимых расчетов. Были определены отличительные признаки (вешка, форма луковицы, расположение центра тяжести), знание которых необходимо при разработке ориентирующих устройств.
Литература
1. Горячкин, В. П. Собрание сочинений, т. 1 / В. П. Горячкин. - М.: Колос, 1965 - 680 с.
2. Емельянов, П. А. Программное ориентирование луковиц при их посадке как задача управления с разомкнутой системой / П. А. Емельянов // Нива Поволжья. -2007. - № 4 - С. 40
3. Ларюшин, Н. П Результаты исследований физико-механических свойств лука-севка / Н. П Ларюшин, К. З. Кухмазов, О. Н. Кухарев // Сб. науч. трудов. - Пенза, 1998. - С. 90.
4. Гмурман, В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика: учебное пособие для студентов вузов / В. Е. Гмурман. -М.: Высшая школа, 2000. - 479 с., ил.
5. Казакова, А. А. Лук / А. А. Казакова. -Л.: Колос, 1970. - 359 с.
6. Волосевич, П. Н. Размерно-массовые характеристики клубней картофеля как объекта калибрования / П. Н. Волосевич // Вестник Саратовского ГАУ им. Н. И. Вавилова. -2006. - № 1. - С. 40.
7. Емельянов, П. А. Исследование физико-механических свойств / П. А. Емельянов // Техника в сельском хозяйстве. -1996. - № 2. - С. 28-30.
Рис. 14. Гистограмма распределения усилия разрыва вешки
