CC BY
76
Таблица. Конструкционный модуль аппарата магнитной обработки воды (мТлм)
Длина вставки Угол
150 во0 4S0 60о 750 900
0 7,7S 7,37 7,3 6,B2 6,74 7,09
1S B,03 7,B6 7,B2 7,67 7,64 7,7
30 B,07 7,93 7,B7 7,76 7,74 7,76
4S B,32 B,2 B,0B B,06 B,0S 7,93
60 B,49 B,47 B,31 B,29 B,27 B,2
1S4 B,4B B,4B B,4B B,4B B,4B B,4B
нии из воды прошедшей магнитную обработку выпадает больше соли, чем из необработанной. Это свидетельствует о том, что она выделяется во всем объеме воды, а не только возле поверхности нагрева. Еще одним подтверждением эффективности
магнитной обработки, служит снижение линейных размеров кристаллов выпавших в осадок.
Выводы. Проведенные теоретические расчеты с использованием САПР показали, что наиболее эффективна конструкция магнитной системы с уголом скоса 15 и длиной тонкой стенки 60 мм, конструкционный модуль (М), которой равен 8,49 мТл м.
Полученные результаты подтверждены кристаллооптическим способом контроля.
При этом следует учитывать, что эффект от обработки может изменяться в зависимости от состава воды. Для получения устойчивого эффекта необходимы дополнительные экспериментальные исследования, на основании которых можно выбирать наиболее предпочтительную магнитную систему.
Литература.
1. Техническая документация к программному комплексу ELCUT 5.6. - С-Пб.:2009.
2. Аветисян Д. А. Автоматизация проектирования электротехнических систем и устройств / Изд: Высшая школа, 2005. - 511 с.
3. Петров Б. М. Электродинамика и распространение радиоволн: Учебник для вузов. - 2-е изд., испр. - М.: Горячая линия-Телеком, 2004. - 558 с.
4. Тебенихин Е.Ф. Безреагентные методы обработки воды в энергоустановках. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат,1985. - 142 с.
5. Душкин С.С. Улучшение технологии очистки природных и сточных вод магнитным полем. - Харьковский гос. ун-т., 1988. - 146 с.
EXPERIENCE OF MODELLING OF MAGNETIC SYSTEMS WITH USE OF SYSTEMS OF THE
AUTOMATED DESIGNING S.N. Antonov, I.K. Sharipov, V.N. Shemyakin, A.I. Adoshev
Summary. In article experience of modelling of magnetic systems with use of system of automated designing ELCUT is resulted. The given program complex allows to calculate magnetic and electric field raised by currents, is sinusoidal changing in time and to calculate the currents induced by a variable magnetic field. As an example calculation of magnetic system of the device of magnetic processing of substance is resulted. Optimisation of magnetic system, with use of such indicator as the constructional module is spent.
Key words: magnetic system, apparatus for magnetic substance processing, modeling, design, computer-aided design system (CAD), optimization, constructive module, angle of skew, thin insert, ELCUT.
УДК 63:6S1.2:001.S9
ИЗМЕРЕНИЕ УСИЛИЯ ОТРЫВА ЯГОДЫ ОБЛЕПИХИ
A.Ф. АЛЕЙНИКОВ, доктор технических наук, зам. директора
B.В. МИНЕЕВ, зав. сектором
B.А. ЗОЛОТАРЁВ, зав. отделом
Сибирский физико-технический институт аграрных проблем
C.Н. ХАБАРОВ, академик РАСХН, руководитель центра индустриальных технологий
НИИ садоводства Сибири им. М.А. Лисавенко
E-mail: fti [email protected]
Резюме. Показана необходимость разработки портативного прибора для измерения усилия отрыва ягоды облепихи от плодоножки. Приведены функциональная схема и конструкция портативного прибора «ДИНА-1», предназначенного для этих целей. Рассмотрены методические аспекты проведения градуировки и определения метрологических характеристик прибора. Представлены его основные технические характеристики, полученные в результате производственных испытаний.
Ключевые слова: облепиха, плодоножка, усилие отрыва, принцип действия, прибор.
78 ----------------------------------------------
Усилие отрыва плодов облепихи от ветви - один из важных показателей, учитываемых при создании новых сортов этой уникальной культуры. Он в значительной степени влияет на производительность труда при сборе урожая и используется в качестве одного из исходных параметров при разработке ягодоуборочных машин и механизмов [1].
По многолетним данным Научно-исследовательского института садоводства Сибири им. М. А. Лисавен-ко (НИИСС) для основной массы сортообразцов облепихи усилием отрыва состовляет = 1,715 Н (175 гс). Традиционно величина этого показателя измерялась школьным динамометром, который не очень удобен для специфических измерений на садовых культурах, малопроизводителен в работе и отличается высокой погрешностью измерения.
Цель наших исследований заключалась в обосновании принципа действия, структуры и параметров прибора для оперативного и объективного получения исходных данных об усилии отрыва ягод облепихи от плодоножки.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили на базе Сибирского физико-технического института аграрных проблем (СибФТИ) и НИИСС.
__ Достижения науки и техники АПК, №10-2010
При создании средства измерения любой физической величины необходимо, в первую очередь, обосновать принцип его действия [2].
Термин «принцип действия» эквивалентен термину «принцип измерений», под которым понимается физический принцип, лежащий в основе построения средства измерения. Под принципом измерений понимается совокупность физических явлений, которая положена в основу измерений тем или иным типом технического средства и реализуется в его аналоговой части, включающей датчики.
Именно характеристики используемых датчиков существенно влияют на качество средства измерения [3].
При разработке прибора за основу принят процесс естественного отрыва ягоды вручную, при котором сила, действующая на плодоножку, сначала возрастает, а в момент отрыва - резко уменьшается до нуля. Максимальное значение силы в момент отрыва мы считали «усилием» отрыва ягоды от плодоножки. На руку оператора действуют те же силы, только с противоположным знаком. Отсюда определена структура прибора - захват, имитирующий пальцы оператора; чувствительный элемент, жёстко связанный с захватом; преобразователь сигнала чувствительного элемента в цифровой код; детектор максимального значения цифрового кода; цифровой индикатор.
Также были учтены основные требования, предъявляемые к прибору в целом:
удобство для использования в полевых условиях и транспортировки в кармане или на шее исследователя;
определение усилия отрыва плодов в пределах диапазона сил 0...5,88Н (600 гс)
время одного измерения не более 2 с; чувствительность не более ± 0,0196 Н (±2 гс); фиксация усилия отрыва на цифровом индикаторе прибора;
удобство рабочего органа для захвата плодоножки и отсутствие повреждения плодов;
возможность модификации прибора для измерения усилия отрыва других видов ягод (жимолость, смородина, крыжовник и др.).
Для градуировки и определения метрологических характеристик разработанной прибора, а также для калибровки или поверки в процессе эксплуатации, были рассмотрены три метода:
воспроизведение заданных значений силы с помощью образцовых средств;
непосредственное использование образцовых средств измерения силы;
специальные модели (имитаторы) исследуемого объекта - системы «плодоножка-ягода».
Воспроизведение заданных значений силы осуществляли образцовыми гирями 2-го разряда ГО-21110. Операцию проводили в десяти точках в пределах диапазона сил 0...5,88Н (600 гс) не менее десяти раз в каждой точке.
В качестве имитатора плодоножки использовали медную проволоку диаметром от 0,06 до 0,18 мм, с диспер-Достижения науки и техники АПК, №10-2010 __
сией предела прочности, определённой также с помощью образцовых гирь, не более 0,0098 Н (1 гс).
Созданный образец прибора прошёл производственную проверку в НИИСС. Усилие отрыва определяли на плодах сортов Елизавета, Клавдия, Лучезарная, Руэт, Чуйская и др.
Результаты и обсуждение. В соответствии с изложенными требованиями была разработана функциональная схема прибора для измерения усилия отрыва ягоды облепихи «ДИНА-1» (рис. 1). Её построение определяет-
ся в основном выбранным тензодатчиком силы, представляющим собой резистивную мостовую схему Уинстона, в которой все четыре элемента (тензорезисторы) Я1-Я4 изменяют своё сопротивление под действием деформации. Такое построение преобразователя сигналов обеспечивает оптимальную линейность и чувствительность характеристик преобразований [3].
Сила растяжения плодоножки передаётся через специальный шток-захват на мостовую схему, причём резистивные элементы Я2 и Я3 подвергаются растяжению, а Я1 и Я4 - сжатию. Мостовая схема запитана от источника постоянного напряжения, в результате чего на выходе датчика возникает электрический сигнал, значение которого при напряжении 9В составляет всего десятки милливольт. Для его преобразования в код необходимо предварительное усиление аналогового сигнала, которое возможно при использовании усилителя со стабильным коэффициентом усиления, низким током смещения, малым дрейфом тока и напряжения смещения.
Перечисленным требованиям наиболее полно удовлетворяют так называемые инструментальные усилители (ИУ), которые можно реализовать и на базе операционных усилителей (ОУ). В схеме прибора «ДИНА-1» ИУ состоит из трёх ОУ А1-А3. Поскольку у тензорезисторов датчика силы есть погрешность, то при отсутствии нагрузки их сопротивления не равны, вследствие чего на выходе датчика силы имеется начальный сигнал, значение которого компенсируется в ИУ регулировочным резистором Я11 «НУЛЬ» до нулевого значения выходного напряжения ОУ А3. Так как в момент отрыва ягоды от плодоножки сила, действующая на датчик, достигает максимального значения, которое и есть определяемое усилие отрыва, то его необходимо запомнить и вывести на цифровой индикатор. Запоминание максимального значения осуществляет пиковый детектор, выполненный на ОУ А4, А5. При уменьшении напряжения на входе ОУ А4 напря-
Рис 1. Функциональная схема прибора «ДИНА-1».
жение на конденсаторе С останется на уровне максимального. Благодаря высокому входному сопротивлению повторителя ОУ А5 это напряжение будет зафиксировано на конденсаторе С определённое время. Далее с выхода ОУ А5 оно подаётся на аналогоцифровой преобразователь (АЦП) А6 и цифровой индикатор А7. Для коррекции погрешности коэффициента преобразования датчика силы служит регулировочный резистор Я14 «КАЛИБР», а для разряда конденсатора С - кнопка «СБРОС». После ее нажатия прибор возвращается в исходное нулевое состояние.
Для организации двухполярного питания от одной батареи типа «КРОНА» применена схема на ОУ А8.
Таким образом, работа прибора заключается в фиксировании максимального значения усилия приложенного к захвату в осевом направлении (рис.2). Для этого необходимо перед приложением силы установить при-
Рис.2. Внешний вид прибора «ДИHA-1».
бор кнопкой управления в исходное состояние, а после прекращения действия силы - считать показания с цифрового индикатора.
В качестве образцовых средств воспроизведения силы можно использовать образцовые гири соответствующего разряда. Несмотря на высокую инструментальную точность этого метода, при его реализации существенную долю общей погрешности могут составлять ошибки оператора. Дело в том, что процесс нагрузки гирями чувствительного элемента датчика должен происходить плавно без ускорений во избежание появления паразитной динамической силы:
Р=та,
где т - масса гири, а - ускорение в момент полной его нагрузки.
Для уменьшения динамической погрешности оператор должен подвешивать гирю к вилкообразному захвату прибора «ДИНА-1» на гибкой нити и опускать гирю так, чтобы нить до достижения полной нагрузки натягивалась плавно. Для этого можно использовать механические устройства с площадкой для установки гири, медленно перемещающейся с постоянной скоростью, то есть без ускорения.
В качестве образцовых средств измерения силы можно использовать образцовые динамометры растяжения, с функцией определения максимального значения силы. Для этого приёмный элемент динамометра должен быть механически соединён с вилкообразным захватом испытуемого индикатора силы «ДИНА-1». Силу оператор может воспроизводить вручную путём перемещения образцового и испытуемого приборов в противоположных направлениях. Погрешность определяется сличением показаний динамометра и испытуемого индикатора силы «ДИНА-1». При этом важно обеспечить соосность приложения силы к силоприёмному элементу образцового устройства и вилкообразному захвату индикатора «ДИНА-1», чего можно достичь применением гибкой механической связи между ними.
В качестве имитаторов системы «плодоножка-ягода» могут быть использованы тонкие металлические нити с известным пределом прочности на разрыв. Значения пределов прочности можно установить с помощью образцовых разрывных машин, образцовых динамометров и наборов образцовых гирь, позволяющих определять предел прочности с погрешностью не более 0,0098Н (1 гс).
Результаты исследований показали, что прибор пригоден для определения силы в диапазоне 0...5,88 Н (0...600 гс), его разрешающая способность - ±0,0098 Н.
Выводы. Таким образом, созданный прибор обладает следующими преимуществами:
возможность получения большего количества данных, по сравнению с механическими динамометрами;
запоминание значения силы в момент отрыва ягоды от плодоножки;
отсутствие подвижных изнашивающихся механических элементов;
наличие зарядного устройства, цифрового дисплея и удобного вилкообразного захвата;
быстрая установка в исходное нулевое состояние; отсутствие особых требований к квалификации оператора.
Основные технические характеристики прибора «ДИНА-1»:
диапазон определения силы - 0.5,88 Н (0.600 гс); разрешающая способность - ±0,0098 Н; напряжение питания автономное - 9 В; габаритные размеры - 170 х 70 х 30 мм; масса - не более 0,3 кг
Анализ результатов испытаний показал возможность применения прибора для оценки соответствующих характеристик плодов других культур.
Литература.
1. Алейников А.Ф., Минеев В.В. , Хабаров С.Н. и др. Особенности создания прибора для определения усилия отрыва облепихи от плодоножки // Развитие научного наследия Н.И. Вавилова на современном этапе: материалы междунар. научн. конфер. (18-19 декабря 2007). - Новосибирск, 2009. - С. 26-31.
2. Алейников А.Ф. Структурный синтез принципов и средств измерений//Вестн. с.-х. науки. - 1996. - № 2. - С. 124-134.
3. Алейников А.Ф., Гридчин В.А., Цапенко М.П. Датчики (перспективные направления развития): учеб. пособие / Под ред. М.П. Цапенко. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2001. - 160 с.
MEASURING THE TEARAWAY FORCE OF SEA BUCKTHORN BERRIES A.F. Aleynikov, V.V. Mineyev, V.A. Zolotarev, S.N. Khabarov, M.A. Lisavenko
Summary. The necessity is shown in developing a portable device for measuring the force of tearing away sea buckthorn berries from the stems. The functional diagram and design of the portable device DINA-1 intended for this purpose is given. The methodical aspects of calibrating and determining the metrological performance of this device have been considered. The specification obtained as a result of factory testing is submitted.
Key words: sea buckthorn, stem, tearaway force, principle of operation, device.
80 ------------------------------------------ ____________ Достижения науки и техники АПК, №10-2010
