Исследование параметров прутков ворса цилиндрической щетки для раскрытия корневой системы маточных растений Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

8. Братишко В.В. Обоснование процесса работы и параметров двухступенчатого измельчителя зеленых кормов для свиней и водоплавающей птицы: Дис....канд. техн. наук 05.05.11 / Национальный научный центр «Институт механизации и электрификации сельского хозяйства». - Глеваха, 2007. - 184 с.

Обоснована форма лезвия ножей для измельчения корнеплодов и получены зависимости разрушающей силы, которая затрачивается на измельчение корнеплодов, от размеров контактной поверхности сжатия.

In this work are got the form of the blade of knives is grounded for grinding down of root of crops and dependences of the destroying force, which is depended from the sizes of the contact surface of the compression.

УДК 631.171:634

ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ПРУТКІВ ВОРСУ ЦИЛІНДРИЧНОЇ ЩІТКИ ДЛЯ РОЗКРИТТЯ КОРЕНЕВОЇ СИСТЕМИ МАТОЧНИХ РОСЛИН

А.В. ВОЙТІК, В.В. КРАВЧЕНКО, кандидати технічних наук,

Р.В. ОЛЯДНІЧУК

Наведено аналіз прогину прутка ворсу циліндричної щітки при розкритті кореневої системи маточних рослин.

Однією з трудомістких операцій по виробництву клонових підщеп є осіннє розкриття маточних рослин з послідуючим відокремленням відсадків. На ці операції затрачається до 583 людино-годин/га або 52% від загальних затрат на протязі року [1]. В світовій практиці садівництва застосовуються декілька способів осіннього розкриття маточних рослин та відокремлення відсадків клонових підщеп. Механізоване відокремлення відсадків раніше було основним способом. Цей спосіб полягає в застосуванні пристроїв з одно- та дводисковими пильно-ріжучими робочими органами і пристроїв з плоскими ножами. Хоча використання таких пристроїв забезпечує мінімальні трудовитрати на виконання даного технологічного процесу, але через значні пошкодження маточних рослин та відсадків (20%, іноді сягають до 40%) зараз все більше господарств відмовляються від застосування такого способу відокремлення відсадків клонових підщеп.

Методика досліджень. Нами було розроблено дослідний зразок машини для осіннього розкриття кореневої системи маточних рослин. Будову та принцип роботи машини розглянемо на прикладі схеми, що зображена на рис. 1. Пристрій складається з рами 1, на якій встановлені сферичні диски 2 на стійках 3.

Слідом за сферичними дисками на рамі машини змонтовані активні циліндричні щітки 8 з вертикальною віссю обертання.

14 13

Рис. 1. Схема пристрою для осіннього розкриття кореневої системи маточних

рослин

Щітка для розкриття містить барабан, на поверхні якого закріплено циліндрич-ний бандаж з прутками ворсу 9, консольні кінці якого спрямовані радіально відносно осі барабана. 1.

Застосування для розкриття рослин щіток замість вентиляторів, які створюють повітряний потік для видалення ґрунту у традиційних машинах для розкриття рослин (ОВП-0,45, МПВ-1, МОВ-2 та ін.), дозволяє уникнути ерозії ґрунту і розкривати рослини, що вкриті не легким субстратом, а звичайним ґрунтом.

Результати досліджень. При роботі на пруток ворсу діє сила Г (рис. 2), яка викликає деформацію ворсу і направлена по дотичній а-а до поверхні ґрунту в точці контакту з прутком. В процесі робочої фази зростає подача ґрунту на пруток ворсу, а відповідно до цього збільшується сила опору Г, яка викликає прогин прутка, що в свою чергу зменшує значення радіусу щітки Ящ. Колова швидкість и кінця прутка ворсу також зменшується. Тому потрібно визначити залежність прогину прутка ворсу від сили Г, а також вплив прогину на основні параметри щітки.

Рис. 2. Схема для визначення раціональної довжини прутка ворсу

і2 =-pnnc

ds , (і)

де Z - кут між дотичною b-b до передньої грані прутка ворсу в точці контакту з ґрунтом і віссю недеформованого прутка;

і - довжина ворсини, м;

s - довжина дуги прутка ворсу від точки 0 до будь-якої точки на його пружній лінії, м;

в - силовий коефіцієнт схожості, що характеризує ступінь прогину пружної лінії відповідно до величини сили F.

В нашому випадку довжина дуги s буде рівна повній довжині ворсини і і тоді рівняння (і) прийме наступний вигляд:

і= -b2srnf

dl . (2)

Знайдемо перший інтеграл [3] рівняння (2), використовуючи заміну

• /> о • Z Z sinZ = 2 sin — cos —

22

Помножимо обидві частини рівняння (2) на відповідні частини рівності

2 dZ dl = 4d (°) dl У 2 )

Тоді в результаті однократного інтегрування отриманого рівняння знайдемо

і2 d-Z- = 4p2(C - sin2 Z)

dl2 2', (3)

де С - довільна стала інтегрування, що визначається початковими умовами.

Візьмемо прямокутну систему координат з початком в точці 0 і з напрямком осі ординат, який співпадає з віссю недеформованого прутка. Введемо поняття точки перегину. Це точка, в якій кут нахилу дотичної b-b відносно осі х, а відповідно і кут Z, приймають екстремальні значення. В даному випадку точкою перегину буде точка і тобто, кінець прутка ворсу. Кривизна прутка в точці 1 перегину дорівнює нулю [2]. Відповідно матимемо

C = sin2(Z / 2)

Для подальшого вирішення задачі перейдемо до еліптичних інтегралів Лежандра, які характеризують стан пружної лінії. Для цього введемо модуль к і амплітуду еліптичного інтегралу у [2, 4]:

к =4С = sin Z

2; (4)

(і rzW y = arcsin

l • Z

— sinl —

Vк V 2 J . (5)

Використавши нові позначення, а також враховуючи, що змінна у починається в точці 0 і безперервно зростає не залежно від величини кута Z, а в точці 1, де кривизна дорівнює нулю у =п/2, та звільняючись від квадратів в рівнянні (3), отримаємо

ldZ = 2рк cosy dl . (6)

Після диференціювання рівності (5) по і [2, 4] отримаємо залежність між амплітудою еліптичного інтегралу у та кутом Q-

dy = cos(Z/2) • dZ

dl 2к • cosy- dl (7)

Використовуючи цю залежність з рівняння (6) матимемо

ldy = b 1 - к 2sin2y dl \ (8)

В результаті інтегрування рівняння (8) від точки 0 пружної лінії прутка ворсу до точки 1 отримаємо:

y dy

b=I

д/l - к2 si“2

вШ у . (9)

В правій частині рівняння (9) маємо значення еліптичного інтегралу Лежандра першого роду Я(у).

Силовий коефіцієнт схожості не залежить від точки прикладення сили [5] визначається за наступною формулою [4]:

я!/ н, (10)

де Н - жорсткість прутка ворсу при згині, Н-м2.

Н = ЕІ, (11)

де Е - модуль пружності при згині, Па;

т 4

І - момент інерції прутка ворсу, м .

Модуль пружності (Юнга) Е в нашому випадку потрібно брати при поперечному згині. Для поліпропілену цей модуль рівний 2,9-3,2-103 МПа в залежності від того, по яким граням кристалів відбувається згин [6, 7].

Підставивши значення силового коефіцієнта схожості в (10) і ^'1=л/2 (кривизна в

точці 1 дорівнює нулю) в рівняння (9) отримаємо рівняння, яке дасть змогу визначити

параметри прутка ворсу, при яких його прогин забезпечує виконання умови V = 90°.

р/2 і

ау

ylFl2/ H = |

" " sin y (l2)

д/l - к2 sir2’

Значення амплітуди у0 еліптичного інтегралу в точці 0 можна знайти з рівності

p/2

dy

dy

л/1—k

22 2 sin2 y

л/Т—k

22 2 sin2 y

= л/FI2 / H

. . (1З)

Режим роботи прутка ворсу характеризується кутом Z0 між вектором сили і перпендикуляром до вісі недеформованого прутка. Менші значення кута Z0 (0..25°) будуть характеризувати більш рівномірну роботу прутка ворсу [2] без різких напружень згину, а великі значення Z0 (особливо більше 60°) будуть спричиняти різкі деформації прутка та різкі зміни внутрішніх напружень, що буде негативно відбиватися на робочому процесі призводячи до значних коливань прутка.

Відповідно значення кута Z0 [2] можна вирахувати за наступною формулою:

Z0 = — — 2 arcsin(k sin y0)

2 , (14)

де Со - кут між напрямком дії сили F і віссю х.

Залежність кута Q від довжини прутка ворсу І та його жорсткості H, визначена згідно рівнянь (1З) та (14), подана графічно на рис. З.

Довжина прутка ворсу І, мм

Рис. 3. Залежність кута від довжини прутка ворсу І та його жорсткості:

1 - жорсткість 0,004 Н-м2, 2 - жорсткість 0,006 Н-м2, 3 - жорсткість 0,008 Н-м2,

4 - межа допустимих значень кута Со Проаналізуємо вплив кута дії сили опору Е відносно осі недеформованого прутка ворсу. Для цього з рівняння (10) знайдемо значення сили опору.

{р/2 . Л2

ау

F

J

дД - k2 sin2y

Значення у0 з (1З) отримаємо:

y0 = arcsin

1 . (p — sinl---------

12

k

42

(15)

(16)

В цьому рівнянні л/2-£0 і є кутом між вектором дії сили та віссю недеформованого прутка (див. рис. 4). Тобто, зменшення кута С0 буде призводити до збільшення кута між вектором дії сили та віссю недеформованого прутка.

Проаналізуємо графічно на рис. 5 залежність Е(С0). Як видно з графіка (рис. 5), чим менший кут л/2-£0 між віссю прутка і вектором сили, що його згинає, тим більше потрібне значення цієї сили щоб спричинити його прогин. Так при л/2-£0 = 80° пруток ворсу з поліпропілену з поперечним перерізом 1,5х2,5 мм та довжиною 140 мм починає прогинатися під дією сили в 0,11 Н, а при куті 10° - сила повинна становити 0,96 Н, тобто повинна бути майже в 9 разів більшою. Таким чином при зустрічі з рослиною при меншому куті л/2-£0 прикладення сили потрібен більший з боку рослини опір для прогину прутка з метою обходу рослини. Відповідно при меншому куті між вектором сили опору Е та віссю прутка ворсу в процесі роботи такі прутки будуть спричиняти більший силовий вплив на маточні рослини, цим самим значно більше їх пошкоджуючи. Тому, з метою забезпечення мінімальних механічних пошкоджень маточних рослин в процесі їх розкриття, необхідно щоб кут між силою та віссю прутків ворсу наближався до 90°. Це підтверджує прийняту нами гіпотезу про те, що прутки щіток доцільно розміщувати радіально.

Кут 4„

Рис. 5. Залежність сили опору від кута її прикладення відносно осі недеформованого прутка

Задавшись максимальним значенням Со = 25°, з рівняння (12) знайдено залежність максимальної довжини І прутка ворсу, при якій він може витримати навантаження силою Г, забезпечуючи виконання умови V = 90°, або можна визначити необхідну жорсткість прутка.

р/2

І

йу

Vі - к

22 бій у

Ця залежність у вигляді графіка подана на рис. 6.

(17)

£

Я

*

Ь

Сила опору Е, Н

Рис. 6. Залежність максимальної сили опору ґрунту Е, що може витримати пруток ворсу забезпечуючи умову у<90°, від його довжини І та жорсткості Н

Висновки. 1. Як видно з графіка (рис. 3) значення кута Со суттєво залежить від довжини прутка ворсу та його жорсткості, а тому, враховуючи дані робіт [8, 9], доцільно приймати такі значення довжини прутка, які забезпечать значення С0 в межах до 25°, що відповідає рівномірному режиму роботи прутків ворсу на щітках. Звідси слідує, що рівномірна робота досягається для прутка з жорсткістю 0,006 Н-м2 і мінімальній довжині 136 мм. Приймаємо довжину прутків ворсу рівною 140 мм.

2. Як показує графік, зображений на рис. 6, між силою, що діє на пруток ворсу в процесі його роботи, і довжиною прутка існує гіперболічна залежність. Тобто, більш короткі та більш жорсткі прутки ворсу можуть витримувати більші значення сили опору Е, що потрібно враховувати при розрахунках та проектуванні робочих органів з використанням ворсу.

3. Стандартні прутки з поліпропілену, що випускаються промисловістю, з розмірами поперечного перерізу 1,5х2,5 мм і жорсткістю Н = 0,00625 Н-м2 при максимальній довжині до 140 мм можуть витримувати силу опору до 0,29 Н, яка відповідає кутовій

швидкості щітки до 29 рад/с при раціональних значеннях 17________25 рад/с, забезпечуючи

при цьому умову у<90°.

Список використаних джерел

1. Порівняльна оцінка технологій розкриття та відокремлення відсадків клонових підщеп / А.В. Войтік, І.С. Привалов, С.Г. Фришев // Науковий вісник Національного аграрного університету. - 2005. - №80. - С. 62-66.

2. Попов Е.П. Теория и расчёт гибких и упругих стержней /Е.П. Попов. - М.: Наука, 1986. -264 с.

ШПЕШЕИ

УМАНСЬКОГО НАЦІОНАЛЬНОГО УНІВЕРСИТЕТУ САДІВНИЦТВА

3. Корн Г. Справочник по матиматике для научных работников и инженеров / Г. Корн, Т. Корн; Под общ. ред. И.Г. Арамановича. - М.: Наука, 1973. - 832 с.

4. Попов Е.П. Нелинейные задачи статики тонких стержней /Е.П. Попов/ Л.-М.: Гостехиздат, 1948. - 170 с.

5. Пономарёв С.Д.. Расчёт упругих элементов машин и приборов / С.Д. Пономарев, Л.Е Андреева / М.: Машиностроение, 1980. - 326 с.

6. Долганин Б.М. О жёсткости синтетических материалов, используемых в качестве ворса щёток подметально-уборочных машин / Б.М. Долганин // Механизация работ в коммунальном хозяйстве [Сборник статей]. М.: Отд. науч.-техн. информации, 1968. - Вып. 50. - С. 155-161.

7. Нарисава Иото. Прочность полимерных материалов /Под ред. Т. Экибори. Пер. с яп. Ю.М. Товмасяна. Под ред. Ал. Ал. Берлина. - М.: Химия, 1987. - 398 с.

8. Долганин Б.М Применение синтетического ворса в щётках подметально-уборочных машин // Механизация работ в коммунальном хозяйстве [Сборник статей]. Науч. ред. Пиковский Я.М. М.: Отд. науч.-техн. информации, 1968. - Вып. 59. - № 3. - С. 35-42.

9. Долганин Б.М. Метод расчёта щёток подметально-уборочных машин / Б.М. Долганин, Л.М. Гусев // Механизация работ в коммунальном хозяйстве [Сборник статей]. Науч. ред. Пиковский Я.М. М.: Отд. науч.-техн. информации, 1972. - Вып. 88. - С. 118-131.

Наводится анализ прогиба прутка ворса цилиндрической щетки при раскрытии корневой системы маточных растений.

Here is the analysis of pile's rods deflection of the cylindrical brush at revealing the grafter's root system.

УДК 628.511.633.85

ДИНАМІКА ЧАСТИНОК ПИЛУ ПРИ ПНЕВМОСЕПАРАЦІЇ РУШАНКИ РИЦИНИ

В.А. ДІДУР, доктор технічних наук, А.Б.ЧЕБАНОВ Таврійський державний агротехнологічний університет

В.В. ДІДУР, кандидат технічних наук Уманський національний університет садівництва

Розроблені математичні вирази для визначення динамічних характеристик частинок дисперсної фази запилених повітряних потоків при пневмосепарації рушанки рицини.

Підвищення продуктивності пневмосепаратора для сепарації рушанки рицини [1, 2] пов'язано з необхідністю поліпшення процесу очищення повітряного потоку від часток легких домішок та пилу.

Крупні частинки легких домішок, які відділили від основного компоненту (ядра рицини) з горизонтального каналу рухаються до пилоосаджувальної камери, де вони відділяються від повітряного потоку за рахунок інерційних і гравітаційних сил. Проблему представляють легкі частинки та пил розміром до 4мм. Необхідно також