CC BY
7
УДК 631.35: 631.53.04
DOI: 10.52691/2500-2651-2022-91-3-62-67
ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ВИБРАЦИОННОГО СЪЕМА КЛУБНЯ КАРТОФЕЛЯ С ИГЛЫ ПОДБОРЩИКА
Feasibility Study of Vibratory Removing a Potato Tube from the Pick-Up Needle
Ожерельев В.Н., д-р с.-х. наук, профессор Ozherelev V.N.
ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» Bryansk State Agrarian University
Аннотация. Статья посвящена изучению возможности уборки картофеля игольчатым подборщиком путем подбора клубней с поверхности заранее подкопанных картофелекопателем рядков. Предлагается использовать подборщик, оборудованный замкнутым игольчатым полотном. Отмечено, что надежность работы оборудования, в значительной степени, зависит от принципа действия механизма съема клубней с игл. Использование для этой цели гребенок пассивного или активного типа либо вращающихся щеток создает неприемлемое боковое давление на каждую иглу, вследствие чего не исключена ее поломка. Проблема может быть решена путем перехода на вибрационное воздействие на клубни, направленное вдоль игл. Вибрацию могут генерировать синхронно вращающиеся навстречу друг другу дебалан-сы, связанные с подпружиненным барабаном, охватываемым игольчатой лентой. Составлено и решено дифференциальное уравнение вертикальных колебаний барабана и охватывающей его части ленты с иглами и наколотыми на них клубнями. Установлено, что для обеспечения съема клубня с иглы частота вращения дебалансов должна быть порядка 2112 мин-1 при суммарной их массе тд = 5 кг, радиусе вращения r = 0,1 м, массе колебательной системы m = 100 кг и степени ее пригрузки, равной весу. В результате система выходит на амплитуду колебания, равную 3 мм. При необходимости величина амплитуды может корректироваться как изменением массы дебалансов, так и частоты их вращения. Для привода целесообразно использовать гидромотор.
Abstract. The article is devoted to the feasibility study of harvesting potatoes with a needle picker by collecting tubers from the surface rows previously dug up by a potato digger. It is proposed to use a pick-up equipped with a closed needle web. It is noted that the reliability of the equipment, to a large extent, depends on the principle of the mechanism operation when removing tubers from the needles. The use of passive or active type combs or rotating brushes for this purpose creates unacceptable lateral pressure on each needle, sometimes resulting in its breakage. The problem can be solved by switching to a vibrational effect on the tubers, directed along the needles. Vibration can be generated by synchronously rotating towards each other unbalances associated with a spring-loaded drum covered by a needle tape. The differential equation of the vertical drum waves and the part of the tape covering it with needles and tubers pierced on them is compiled and solved. It has been established that to ensure the removal of the tuber from the needle, the rotation frequency of the unbalances should be about 2112 min1 with their total mass md=5 kg, the rotation radius r = 0.1 m, the vibrating system mass m = 100 kg and the degree of its loading equal to the weight. As a result, the system reaches a vibrational amplitude of 3 mm. If necessary, the amplitude magnitude can be corrected both by changing the mass of unbalances and the rotation frequency. It is advisable to use a hydraulic motor for the drive.
Ключевые слова: картофель, клубень, уборка, игольчатый подборщик, вибратор.
Key words: potato, tuber, harvesting, needle picker, vibrator.
Введение. Двухфазная уборка картофеля с использованием для подбора клубней игольчатых подборщиков прошла практическую апробацию в нескольких регионах России еще в 1970-х годах [1]. По ряду причин она не получила широкого распространения, что связано, в частности, с незавершенностью оптимизации конструкции игольчатого подборщика. В последующие годы было предложено несколько перспективных вариантов его исполнения, способных существенно улучшить эксплуатационные и экономические показатели оборудо-
вания [2, 3]. При этом сохранился ряд проблем, касающихся выбора принципа функционирования отдельных узлов.
В частности, необходимо осуществить осознанный выбор способа съема клубней с игл. В большинстве конструкций он осуществляется посредством воздействия на клубни пассивных или активных гребенок либо щеточных барабанов [4, 5]. При этом генерируется значительное боковое давление на иглы, что существенно уменьшает надежность оборудования ввиду высокой вероятности их обламывания.
Цель исследования. Радикально решить проблему оптимизации конструкции игольчатого подборщика позволяет переход на вибрационный съем клубней с игл. Сила инерции при вибрационном воздействии на клубень действует практически вдоль оси иглы, что существенно уменьшает поперечную нагрузку и риск ее обламывания. При этом необходимо убедиться в том, что генерировать силу инерции, сопоставимую с силой сцепления клубня с иглой, определенной экспериментально [3], возможно без выхода вибратора из приемлемого режима работы.
Рабочая гипотеза исследования. Для обеспечения возможности съема клубней с игл подборщика посредством вибрационного воздействия на них необходимо, чтобы сила инерции ^ин, генерируемая вибратором, превышала силу Рсц сцепления клубня с иглой (рис. 1). То есть, должно выполняться условие (1):
F > Р (1)
ин сц V1/
Тогда максимальное ускорение клубня атах должно иметь величину, определяемую формулой (2):
«шах > — (2)
тк
где тк - масса клубня, кг.
Для клубня массой 0,16 кг при максимальном усилии сцепления равном 41Н (установлено экспериментально [3]) ускорение атах, достаточное для его съема с иглы, должно превышать 256 м/с . Получить такое ускорение возможно посредством использования вибратора дебалансного типа (рис. 2), который работает следующим образом.
В положении «а» вращающиеся синхронно навстречу друг другу дебалансы 3 и 4 создают две центробежные силы инерции линии действия которых совпадают, но направлены в противоположные стороны. В связи с этим в этот момент барабан 2 и игольчатое полотно 1 не получают вертикального импульса, поэтому колебание осуществляется только под действием силы инерции системы. По мере поворота дебалансов возникают неуравновешенные в вертикальном направлении составляющие центробежных сил. При их повороте на угол 900 от исходного положения (рис. 2 б) суммарная сила в вертикальном направлении достигает максимума, равного 2¥ц. При этом суммарная сила направлена вниз, вызывая колебание в этом направлении (по стрелке 6) всей системы.
Рисунок 1 - Силы, действующие на клубень при снятии его с иглы посредством вибрационного воздействия: 1 - клубень; 2 - игла
В очередной фазе поворота дебалансов (рис. 2в) центробежные силы вновь оказываются на одной линии действия, но направлены навстречу друг другу. Импульс в вертикальном направлении в этот момент также отсутствует. Завершает цикл поворот дебалансов на очередные 90и (рис. 2г), вследствие чего центробежные силы дебалансов вновь суммируются, передавая системе импульс движения (по стрелке 7) вверх. Таким образом осуществляется гармоническое колебание системы, позволяющее стряхивать клубни 5 с игл игольчатого полотна 1.
Динамический анализ процесса вибрационного съема клубня с иглы. Для осуществления динамического анализа система представлена в виде схематического изображения, представленного на рис. 3. Условие равновесия такой механической системы может быть описано уравнением (3) [6, 7].
ту = F4 ■ sin cot + {G + Pcm ) (3)
где m - масса колеблющейся системы, кг;
F - центробежная (возмущающая) сила, создаваемая вибратором, Н;
ш - угловая частота вращения дебалансов, с-1;
G - сила тяжести колеблющейся системы, Н;
Рст - статическая «пригрузка», создаваемая статической силой упругости подвесок барабана 2 (рис. 2), Н (на схеме не показана), обычно принимаемая равной по величине силе тяжести G.
Вертикальное движение барабана 2 (рис. 2) как некой условной материальной системы массой m (рис. 3) может быть описано дифференциальным уравнением, полученным делением предыдущего уравнения (3) на m (взяв за точку отсчета начала движения расстояние ymx = A от точки 0). Таким образом получено уравнение (4)
F 1
у = F■ sin ct + (G + Pcm)■ - (4)
m m
а
б
в
5
I I I
суго
► FTT
1 1 и
^74
\ ^т^ 1 Г vJ-^ ,
г
Рисунок 2 - Принцип работы дебалансного вибратора: а) - г) - фазы поворота дебалансов: 1 - полотно с иглами; 2 - барабан; 3, 4 - дебалансы; 5 - клубни; 6, 7 - направления вертикального колебания системы
^ sin Ш
Рисунок 3 - Схема к динамическому расчету вибратора
Если предположить, что утх = а, а Кц = тдш • г , то из уравнения (4) получаем формулу (5), необходимую для определения минимальной частоты вращения дебалансов штп, обеспечивающей инерционный съем клубней с игл
ш =
шип
а--
О + Р.
т
т
тдг
(5)
где г - радиус вращения центра масса дебаланса, м; тд - суммарная масса дебалансов, кг.
Если условно принять, что тд = 5 кг, т = 100 кг, G = Рст = 1000 Н, г = 0,1 м, а = 265
2 1 1 м/с , то штп = 221 с- , что соответствует частоте вращения дебалансов Пд = 2112 мин- . Для
такого рода вибраторов это вполне приемлемый параметр, который может быть достигнут путем использования в качестве приводного устройства гидромотора.
Для того, чтобы убедиться в работоспособности устройства целесообразно предварительно оценить амплитуду колебания системы. Для этого необходимо проинтегрировать уравнение (4), получив, таким образом, уравнение (6)
У = | у • Ж
к,
- соб ш + -
О + Р
■г + С
(6)
тш т
Постоянную интегрирования получим из следующих начальных условий: при I = 0
к,
скорость вертикального колебания у = 0; тогда С =
тш
При этом уравнение скорости принимает вид
у =
Кц (1 - соб ш)+ О + Р gt
(7)
та О
где g = 9,8 - ускорение свободного падения.
Чтобы найти амплитуду колебания проинтегрируем выражение (7), получив, таким образом, уравнение (8)
г К с К О + Р
dy = I —ч—dt- I—^собш• dt + I-^• dt =
О
О (8)
К • t к,
БИ! Ш +
(О + Рст)
^2 + С
тШ тШ 2О
Поскольку отсчет движения быть начат с верхней точки траектории, то при I = 0 перемещение _у=0. Вследствие этого постоянная интегрирования С=0.
Следовательно, для получения величины амплитуды колебания следует раскрыть значения центробежной силы F и подставить в уравнение время четверти оборота дебаланса
tx = „ 0,007с .
1 2а 2 • 221
В результате расчетная формула принимает следующий вид
A = mgrti _ mr + (g + Pcm Ы m m 2G
В результате подстановки в последнее выражение принятых выше исходных данных колебательной системы получаем численное значение амплитуды колебания
, 5 • 221 • 0,1 • 0,007 5 • 0,1 (1000 +1000 )9,8 • 0,0072 Л ^
A =-------+ ±-'—---= 0,003м.
100 100 2 • 1000
То есть, амплитуда колебания барабана 2 (рис. 2) составит порядка 3 мм. При этом сохраняются широкие возможности для регулирования этого параметра процесса.
Заключение. Очевидно, что приемлемость всей совокупности параметров, принятых при расчете вибратора, может быть адекватно оценена только при выполнении изделия в металле и проведения полевых испытаний. Для увеличения амплитуды достаточно увеличить соответствующим образом массу дебалансов или радиус вращения центров их масс. Также к увеличению амплитуды ведет и рост угловой скорости вращения дебалансов. С другой стороны, можно аналогичного результата добиться и путем уменьшения суммарной массы колеблющихся частей машины.
Таким образом, принципиальная работоспособность механизма съема клубней с игл подборщика устройством вибрационного типа доказана. Окончательные конструктивные решения должны быть приняты после полевых испытаний прототипа машины.
Библиографический список
1. Петров Г.Д. Картофелеуборочные машины. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1984. 320 с.
2. Игольчатый подборщик: а.с. 1535445 СССР. № 4415036/30-15 / Ожерельев В.Н., Ахмедагаев Б.М.; заявл. 25,04,88; опубл. 15.01.90, Бюл. № 2. 4 с.
3. Ожерельев В.Н., Жидков Д.В. Игольчатый подборщик клубней картофеля // Вестник Брянской ГСХА. 2022. № 1. С. 65-71.
4. Варламов Г.П., Четвертаков А.В. Механизация уборки и товарной обработки фруктов. М.: Колос, 1984. 287 с.
5. Машина для уборки плодов: а.с. 1142037 СССР. № 3552604/30-15 / Ледовский В.В., и др.; заявл. 09.02.83; опубл. 28.02.85, Бюл. № 8. 2 с.
6. Курант Р. Курс дифференциального и интегрального исчисления. Т. 1. М.: Изд-во «Наука», 1967. 704 с.
7. Корн Г., Корн. Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1984. 832 с.
8. Эффективность возделывания картофеля / А.А. Молявко, А.В. Марухленко, Н.П. Борисова, Н.М. Белоус, В.Е. Ториков // Вестник Брянской ГСХА. 2020. № 6. С. 31-38.
9. Использовать региональные ресурсы для картофеля / А.А. Молявко, А.В. Марухленко, Л.А. Еренкова, Н.П. Борисова, Н.М. Белоус, В.Е. Ториков // Вестник Брянской ГСХА. 2018. № 3. С. 5-12.
10. Развитие аграрного сектора экономики Брянской области - 2021 год / Н.М. Белоус, С.А. Бельченко, В.Е. Ториков, А.В. Дронов, А.А. Осипов // Вестник Брянской ГСХА. 2021. № 5. С. 3-9.
11. Дьяченко В.В., Дьяченко О.В. Эффективность использования сельскохозяйственных угодий в Брянской области // Вестник сельского развития и социальной политики. 2018. № 1 (17). С. 30-32.
12. Ториков В.Е., Мельникова О.В. Производство продукции растениеводства. Санкт-Петербург, 2017. Сер. Учебники для вузов. Специальная литература.
References
1. Petrov G.D. Kartofeleuborochnye mashiny. 2-e izd., pererab. i dop. M.: Mashino-stroenie, 1984. 320 s.
2. Igol'chatyy podborshchik: a.s. 1535445 SSSR. № 4415036/30-15 / Ozherel'ev V.N., Akhmedagaev B.M.; zayavl. 25,04,88; opubl. 15.01.90, Byul. № 2. 4 s.
3. Ozherel'ev V.N., Zhidkov D.V. Igol'chatyy podborshchik klubney kartofelya // Vestnik Bryanskoy GSKhA. 2022. № 1. S. 65-71.
4. Varlamov G.P., Chetvertakov A.V. Mekhanizatsiya uborki i tovarnoy obrabotki fruk-tov. M.: Kolos, 1984. 287 s.
5. Mashina dlya uborki plodov: a.s. 1142037 SSSR. № 3552604/30-15 / Ledovskiy V.V., i dr.; zayavl. 09.02.83; opubl. 28.02.85, Byul. № 8. 2 s.
6. Kurant R Kurs differentsial'nogo i integral'nogo ischisleniya. T. 1. M.: Izd-vo «Nauka», 1967. 704 s.
7. Korn G., Korn. T. Spravochnik po matematike dlya nauchnykh rabotnikov i inzhenerov. M.: Nauka, 1984. 832 s.
8. Effektivnost' vozdelyvaniya kartofelya / A.A. Molyavko, A.V. Marukhlenko, N.P. Borisova, N.M. Belous, V.E. Torikov // Vestnik Bryanskoy GSKhA. 2020. № 6. S. 31-38.
9. Ispol'zovat' regional'nye resursy dlya kartofelya / A.A. Molyavko, A. V. Marukhlenko, L.A. Erenkova, N.P. Borisova, N.M. Belous, V.E. Torikov // Vestnik Bryanskoy GSKhA. 2018. № 3. S. 5-12.
10. Razvitie agrarnogo sektora ekonomiki Bryanskoy oblasti - 2021 god / N.M. Belous, S.A. Bel'chenko, V.E. Torikov, A.V. Dronov, A.A. Osipov // Vestnik Bryanskoy GSKhA. 2021. № 5. S. 3-9.
11. D'yachenko V.V., D'yachenko O.V. Effektivnost' ispol'zovaniya sel'skokhozyaystvennykh ugodiy v Bryanskoy oblasti // Vestnik sel'skogo razvitiya i sotsial'noy politiki. 2018. № 1 (17). S. 30-32.
12. Torikov V.E., Mel'nikova O.V. Proizvodstvo produktsii rastenievodstva. Sankt-Peterburg, 2017. Ser. Uchebniki dlya vuzov. Spetsial'naya literatura.
УДК 378.14:811.111 DOI: 10.52691/2500-2651-2022-91-3-67-76
РОЛЬ КЕЙС-ТЕХНОЛОГИИ НА ЗАНЯТИЯХ АНГЛИЙСКОГО ЯЗЫКА В ФОРМИРОВАНИИ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ КОМПЕТЕНЦИЙ
БУДУЩИХ АГРОНОМОВ
The Role of Case Technology in English Classes in the Formation of Professional Competencies of
Future Agronomists
Голуб Л.Н., канд. пед. наук, доцент, Медведева С.А., канд. пед. наук, доцент
Golub L.N., Medvedeva S.A.
ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» Bryansk State Agrarian University
Аннотация. В рамках изучения дисциплины «Английский язык» проведено научно-практическое исследование в экспериментальной группе студентов по направлению подготовки «Агрономия». Разработана образовательная модель кейс-метода по теме «Улучшение качества почвы, как гарант увеличения урожайности». Определены этапы подготовки к занятию с использованием кейс-технологии. Представлены практические рекомендации преподавателям по организации и проведению данной формы работы. Разработаны и представлены учебно-методические материалы для проведения занятия с применением кейс-технологии по избранной теме. Дана оценка эффективности применения образовательной модели кейс-метода на занятиях по английскому языку по теме: «Улучшение качества почвы, как гарант увеличения урожайности». Проанализированы показатели уровней сформированности знаний на начальном и конечном этапах педагогического эксперимента.
Abstract. Within the framework of English studying, a scientific and practical research was carried out in an experimental group of students with speciality "Agronomy". An educational model of the case method has been developed on the topic "Improving soil quality as a guarantor of increased
