CC BY
53
11. Алейников А.Ф. Автоматизация создания инструмента исследований в сельскохозяйственной науке // Достижения науки и техники АПК. 2006. № 11. С. 10-12.
12. Алейников А.Ф., Гридчин В.А., Цапенко М.П. Датчики (перспективные направления развития) / под ред. М.П. Цапенко. Новосибирск, 2003. 286 с.
13. Алейников А.Ф., Чанышев Д.И., Чаплина М.А. Автоматизированный синтез патентоспособных технических решений // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2009. №.2 С. 86-91.
14. Алейников А.Ф., Минеев В.В. Силоизмерительный прибор для промышленного садоводства // Датчики и системы. 2012. №6. С. 39-42.
15. Минеев В.В., Алейников А.Ф., Золотарёв В.А. Применение методов силоизмерительной техники при промышленном производстве облепихи // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2010. № 11. С. 79-85.
16. Руководство по применению микроконтроллеров среднего семейства PIC16F876. [Электронный ресурс]: http://www. microchip.com.
17. ГОСТ8.207-76 ГСИ. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. М.: ИПК Издательство стандартов, 2001. 7 с.
18. ГОСТ 8.508-84 ГСИ. Метрологические характеристики средств измерений и точностные характеристики средств автоматизации. Общие методы оценки и контроля. М.: Издательство стандартов, 1984. 53 с.
19. ГОСТ8.009-84 ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений. М.: Издательство стандартов, 1986. 23 с.
20. 15 Лысенко О. Триангуляционные датчики расстояния // Электронные компоненты. 2005. № 11. С. 111-115.
21. Цапенко М.П., Клисторин И.Ф., Алейников А.Ф. Датчики (функции восприятия входных величин и формирование измерительных сигналов) //Датчики и системы. 1999. №1. С. 17-18.
MEASUREMENT OF GEOMETRICAL PARAMETERS OF FRUIT-TREES A.F. Aleynikov, V.V. Mineev, V.A. Zolotarev, V.B. Morozov
Summary. The requirement of creation of devices of an assessment of quality of young trees and fruit is proved by measurement of their geometrical parameters. Existing methods of an assessment of quality use mechanical sensors. They cause deformation of object of measurement which reduces control accuracy. The purpose of researches - a justification of the principle of measurements of devices for measurement of geometrical parameters of trunks of young trees and fruit, increasing the accuracy and productivity of procedure of control of cultures of a garden. The main technical requirements for a choice and a justification of the principle of measurements of geometrical parameters of young trees and fruit are formulated. The contactless optical principle of measurement of the linear sizes, with high metrological features, is chosen. On the basis of the contactless optical shadow sensor of BALLUFF firm (Germany) the experimental sample of the device is developed and made. It is described structural structure of an experimental sample of the device and work of its components. Results of tests of research of an experimental sample showed its quite high technical characteristics: range of measurements is from 6,5 to 24 mm; nominal price of unit of the smallest category of 0,1 mm; measurement time is more, than 10 with; overall dimensions 50x85x95 mm. Device use for definition of geometrical indicators of quality of cultures of a garden actually, will give the productive help to sorters during receiving new estimates of cultures of the garden adapted for machining, development of intensive technologies of their cultivation, will reduce expenses of time of operations on control in an assessment of quality of young trees. Keywords: industrial gardening, principle of measurement, diameter of trunks of young trees, diameter of fruit, sensor, portable gage.
УДК 631.363.2:633.521
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ПЕТЛИ ИЗ БЕСКОНЕЧНЫХ РЕМНЕЙ В ПРЕССОВАЛЬНОЙ КАМЕРЕ РУЛОННОГО ПРЕСС-ПОДБОРЩИКА
Н.А. ТОЛСТУШКО, ассистент
Луцкий национальный технический университет
E-mail: Lab-amb@ukr.net
Резюме. Статья посвящена вопросам механизации процесса формирования рулона из стеблевой ленты льна в пресс-подборщике. Приведена характеристика работы рулонного пресс-подборщика с усовершенствованной прессовальной камерой переменного объема. Подробно рассмотрена одна из основных операций в рабочем процессе - формирование рулона, которая разбита на три отдельные фазы, отличающиеся диаметрами рулона. Особое внимание уделено последней фазе. Приведена схема, на которой петля из бесконечных ремней разделена на отдельные участки. Для определения зависимостей между параметрами прессовальной камеры рулонного пресс-подборщика сформулирован ряд допущений и использованы методы высшей математики и теории механизмов и машин. С помощью разработанной программы на ПЭВМ в среде универсальной системы компьютерной математики Maple V проанализировано влияние ряда параметров на формирование рулона и длину петли из бесконечных ремней,
а также на угол охвата ими рулона в прессовальной камере. При изменении радиуса рулона в пределах от 0,31 до 0,65 м длина петли из бесконечных ремней в прессовальной камере изменяется от 1,7 до 3,55 м, при этом угол охвата рулона бесконечными ремнями увеличивается от203до 2900. Построены графические зависимости величины, на которую увеличивается длина бесконечных ремней в зоне прессовальной камеры, и угла охвата рулона бесконечными ремнями от радиуса рулона. Получены зависимости для определения сил натяжения ветвей бесконечных ремней и обоснования параметров рулонного пресс-подборщика с прессовальной камерой переменного объема.
Ключевые слова: пресс-подборщик, прессовальная камера, бесконечные ремни, рулон, лента льна.
Для уборки льна применяют рулонные пресс-подборщики с прессовальными камерами переменного объема, которые образуются с помощью систем бесконечных ремней. При этом в таких прессовальных камерах происходит недостаточное уплотнение наружных слоев ленты
льна в рулоне, по сравнению с внутренними, что приводит к значительной неравномерности распределения плотности в поперечном сечении рулона. Кроме того, бесконечные ремни часто выходят из строя вследствие растяжения при увеличении силы натяжения для уплотнения наружных слоев в рулоне. Это приводит к перепутыванию, скручиванию и повреждению стеблей, нарушению параллельности между ними в рулоне, что отрицательно влияет на его качество. Поэтому актуальная задача - улучшение качества формирования рулонов из ленты стеблей льна на основании совершенствования прессовальной камеры переменного объема и обоснования параметров и режимов работы ее рабочих органов [1...9]. Для решения этой задачи необходимо определить длину бесконечных ремней и угол охвата рулона этими ремнями в прессовальной камере переменного объема пресс-подборщика.
Анализ результатов последних исследований и публикаций свидетельствует о том, что в литературе мало уделено внимания изучению процессов формирования рулонов в прессовальных камерах переменного объема. В зависимостях для определения длины бесконечных ремней и угла охвата рулона этими ремнями в прессовальной камере, полученных ранее, отсутствуют важные параметры пресс-подборщика [1.6].
Цель наших исследований - определить длину петли из бесконечных ремней и угол охвата рулона этими ремнями в усовершенствованной прессовальной камере переменного объема рулонного пресс-подборщика.
Условия, материалы и методы. Характеристика рабочего процесса рулонного пресс-подборщика с усовершенствованной прессовальной камерой переменного объема (рис. 1) приведена в [7], но здесь следует отметить некоторые особенности выполнения операции формирования рулона, которая состоит из трех фаз. Первая фаза заключается в формировании зародыша рулона. Она начинается с заполнения льном свободного пространства между бесконечными ремнями, отбойным валиком и барабаном. Это свободное пространство клиновидной формы и служит начальной формой прессовальной камеры, где под действием
Рис. 1. Схема рулонного пресс-подборщика ленты стеблей льна с усовершенствованной прессовальной камерой переменного объема: 1 - рама; 2 - подборщик; 3 - барабан; 4 - отбойный валик; 5 - бесконечные ремни; 6, 14 - валики; 7 - натяжное устройство; 8 - клапан выгрузки; 9 - обматывающий аппарат; 10 - ходовая часть; 11 - механизм привода; 12 - подпружиненная рамка; 13 - пружины растяжения; 15 - рулон; 16 - лента стеблей льна; 17 - ограничители хода; 18 - поверхность поля.
движущихся бесконечных ремней, отбойного валика и барабана происходит уплотнение, петлеобразный изгиб и вращение ленты стеблей льна. Первая фаза, по сравнению с двумя другими, характеризуется наименьшей продолжительностью. Во второй фазе происходит формирование рулона в петлеобразной прессовальной камере, образованной рабочими органами в виде барабана, отбойного валика, бесконечных ремней и двух валиков возле барабана, которые обтянуты бесконечными ремнями. Третья фаза отличается от второй тем, что на рулон действует подпружиненная рамка с валиками.
Рулон при формировании вращается в прессовальной камере и на него наматывается лента стеблей льна, которая поступает от подборщика. При этом размеры петлеобразной прессовальной камеры увеличиваются в результате преодоления формирующимся рулоном сопротивления натяжного устройства бесконечных ремней. В начале взаимодействия рулона с валиками подпружиненной рамки она находится в крайнем верхнем положении. С увеличением диаметра и массы рулона подпружиненная рамка с валиками опускается вниз, вращаясь на шарнирном соединении с клапаном выгрузки и преодолевая силы упругости пружин растяжения. Когда рулон достигает определенного диаметра, включается обматывающий аппарат и начинается выполнение следующей операции - обмотка шпагатом. При этом рулон продолжает вращаться в прессовальной камере и взаимодействовать с валиками подпружиненной рамки.
В представленной работе более подробно исследуем третью фазу формирования рулона при таких допущениях: рулонный пресс-подборщик при работе совершает поступательное, прямолинейное и равномерное движение вдоль ленты стеблей льна на поверхности поля; лента стеблей льна, которая поступает в прессовальную камеру, равномерна по толщине и не содержит разрывов; бесконечные ремни не растягиваются под действием сил растяжения; жесткость бесконечных ремней незначительна и ею можно пренебречь; пренебрегаем толщиной бесконечных ремней; рулон рассматриваем как тело цилиндрической формы, которое сжимается в радиальном направлении; пренебрегаем деформациями всех звеньев пресс-подборщика, кроме пружин.
Результаты и обсуждение. Определим длину петли, которая образуется бесконечными ремнями при формировании рулона. Для этого рассмотрим схему на рис. 2, где показано размещение рулона с центром тяжести С в ходе третьей фазы его формирования в прессовальной камере. Здесь рулон 4 радиусом Яр обтянут бесконечными ремнями 3, которые огибают два валика 2 радиусом гв, наиболее близко расположенные к барабану 1 с центром Об и радиусом Яб. Установим зависимость длины петли от радиуса Яр рулона и параметров пресс-подборщика.
Для этого петлю В1В2В3В4В5, которую образуют бесконечные ремни 3 (рис. 2), разделим на отдельные участки и определим их длину. Согласно рис. 2 длина эп петли определяется по формуле:
5п = 51 + 52 + 53 + ^ (1)
где б1 - длина дуги В1В2 между точками В1 и В2 бесконечных ремней (далее - ремней) на нижнем валике с центром О; э2 - длина дуги В2В3 между точками В2 и В3 ремней на рулоне; э3 - длина прямолинейного участка В3В4 между точками В3 и В4 ремней; э4 - длина дуги В4В5 между точками В4 и В5 ремней на верхнем валике с центром Ов.
Известны следующие параметры: угол ^ между линией ОбО и горизонталью; угол а1 между линией ВВ5
Рис. 2. Схема для анализа формирования рулона в прессовальной камере пресс-подборщика: 1 - барабан; 2 - валик; 3 - бесконечные ремни; 4 - рулон.
и горизонталью; радиус Яб барабана; радиус гв валиков; расстояние ОбО, которое обозначим /1; расстояние В1В5, которое обозначим /0, между точками ремней В1 и В5, полученных при пересечении линии В1В5 с соответствующими перпендикулярами ОВ1 и ОВ5, которые опущены соответственно из центров О и Ов валиков на линию В1В5 (расстояние В1В5 равно расстоянию ООв между центрами этих валиков); максимальный радиус Яртах рулона; угол ц' между линиями ОбО и СО, для определения которого в [6] выведено равенство:
ц' = агссоз^ + (Яр + гв) - (яр + Rбfj/(2-/г (яр + г.))]
Длина э1 между точками В1 и В2 за дугой охвата нижнего валика ремнями определяется из выражения:
^.(эочц'-г;,-«,)-^ (2)
Перед определением других составляющих в (1) найдем отдельные параметры из схемы на рис. 2.
Из АСОбО (АСОбО = ¿а2, АОСОб =Аа4, а СОб = Яр + Яб и СО = Я + г ) следует:
ос, = arccos
2 Л
2I1(RP+R6)
(3)
а4 = 1800-a2-jj/. (4)
Находим Za3 = АСКВ между линиями ВВ5 и СОб:
а, = 180°-а,-а,-С.
(5)
Далее, из АКОбО (АКОбО =Аа2, а КОб = Яб), в котором точка К- это точка соприкосновения барабана с рулоном на линии В1В5 (В1В5 = /0 =В1К +КВ5), найдем:
ОК = + — 2 - • - сова2.
А из АКВ1О (АКВр = 900, а ОВ= г) находим:
В,К = ^+/12-2-Яб./1.соза2-гв2.
Расстояние КВ5, которое равно В1В5 - В1К, обозначим /2.
Из схемы на рис. 2 видно, что Zа5 = АВ3СК" (где точки К" и К принадлежат одной прямой, проходящей
через точку С, а СВ3-1 В3В4) можно определить из выражения:
ос5 =а3+у1-900, (6)
где у1 - угол между линиями В3В4 и В1В5, или угол отклонения участка ремней В3В4 от линии В1В5.
Длина s2 дуги В2В3 охвата рулона бесконечными ремнями расчитывается по формуле:
s2 = Rp. (180°-а4+а5>^, (7)
где а4, а5- определяются в соответствии с (4) и (6).
Определим угол у1 (рис. 2), от величины которого зависят s2, s3 и s4. Для этого представим через у1 длины отрезков В3В3' и КВ5 (В3В3' ± КВ5):
В3В'3 = s3 • s/'/iy, + re ■ (l - cosy, )=Rp ■ (sina3 + cosy,);
(8)
KB5 =l2=Rp- (cosa, + шуг)+ s3 • cos^ + re ■ sinyv (9)
Из (8) найдем:
(10)
3 sirrYl '
После подстановки s3 из (10) в (9) получим тригонометрическое уравнение:
(Rp ■ s/лоц - г.) • cosy j - (/2 - Rp • cosa3) • siny, + (11)
+ Rp+re = 0.
Решение уравнения (11) относительно y1 проводили на ПЭВМ в среде Maple V с учетом того, что 00< у<18СР. После определения у1 найдем s2 и s3 соответственно по (7) и (10). Необходимо отметить, что при некотором значении радиуса RP рулона расстояние s3=0, поскольку рулон будет контактировать через ремни с верхним валиком.
Длина s4 дуги B4B5 охвата верхнего валика ремнями определяется из выражения: к
s4 = re- уг-
(12)
180°'
После подстановки необходимых величин в равенство (1) получим:
sn=re.(ЭОЧц'-^-ос^у,) Яр*
(13)
х(180°-а4+а5)--^ +
Яр • s/ncx3 - re + (Rp+ r\ cosy J
siny,
При формировании рулона длина ремней в зоне прессовальной камеры между валиками с центрами О и Ов (см. рис. 2) возрастает на величину s= sn - l0 благодаря повороту рычага натяжного устройства пресс-подборщика под действием сил натяжения ремней. В начале третьей фазы формирования рулона (при t = t0) его радиус Rp = Rp0 определен в [6]. Для любых значений радиуса Rp0 < Rp < Rpmax рулона можно определить sn по (13) и соответствующее значение s. Для Rp = Rp0 величина s= s0, а для R= R величина s = s . Разница
0' p p.max max ^
smax - s0 покажет насколько увеличилась длина ремней в зоне прессовальной камеры. С учетом полученных зависимостей можно установить угол поворота рычага натяжного устройства пресс-подборщика.
Весь угол an, который соответствует дуге B2K"B3 (см. рис. 2), - это угол охвата рулона ремнями. Его величина определяется по формуле:
:180°-<х4+а5 =90° + ц'+у1-
(14)
На основе изложенных формул мы разработали программу в среде универсальной системы компьютерной математики Maple V и проанализировали влияние ряда параметров на формирование рулона. В процессе анализа принимали: R = 0,65 м; а=430; Z. = 80; R, = 0,2 м;
^ p.max ' ' 1 ' ' б ' '
r = 0,045 м; l0=0,75 м; 1 = 0,32м; R 0~ 0,31 м. Согласно
в ' ' 0 ' ' 1 ' ' p.0 '
полученным результатам для последней фазы формирования рулона величина s, на которую увеличивается длина бесконечных ремней в зоне прессовальной камеры, изменяется в пределах от 0,95 до 2,80 м (рис. 3). При этом угол ап охвата рулона бесконечными ремнями увеличивается от 203 до 2900 (рис. 4).
Рис. 3. Зависимость величины на которую увеличивается длина бесконечных ремней в зоне прессовальной камеры, от радиуса Яр рулона в третьей фазе его формирования.
Выводы. В результате исследований получены формулы для определения длины петли, которая образуется бесконечными ремнями при формировании рулона (13) и для определения угла охвата рулона
Рис. 4. Зависимость угла ап охвата рулона бесконечными ремнями от радиуса Яр рулона в третьей фазе его формирования.
этими ремнями в прессовальной камере (14). Для последней фазы формирования рулона установлено, что при изменении его радиуса в пределах от 0,31 до 0,65 м длина петли из бесконечных ремней в прессовальной камере изменяется от 1,70 до 3,55 м, при этом угол охвата рулона бесконечными ремнями увеличивается от 203 до 2900.
Величина в, на которую увеличивается длина бесконечных ремней в зоне прессовальной камеры, и угол ап охвата рулона этими ремнями с увеличением радиуса Яр рулона растут, что способствует надежному его вращению при формировании. Рост объема рулона и величины петли, которая образуется бесконечными ремнями, обеспечиваются уменьшением длины верхних участков ремней в зоне валиков натяжного устройства. Полученные результаты использованы при проектировании усовершенствованной прессовальной камеры переменного объема рулонного пресс-подборщика и определении сил натяжения ветвей бесконечных ремней в ней. .
Литература.
1. Хайлис Г.А. Теория льноуборочных машин. М.: Росинформагротех, 2011. 322 с.
2. Хайлис Г.А. Механика растительных материалов. К.: УААН, 2002. 374 с.
3. Особов В.И. Механическая технология кормов. М.: Колос, 2009. 344 с.
4. Толстушко Н.А., Хайлис Г.А., Перов Г.А. Анализ формирования рулона ременным пресс-подборщиком // Внедрение инновационных разработок в целях повышения экономической эффективности в льняном комплексе России. Вологда, 2012. С. 198-200.
5. Толстушко Н. Исследование формирования рулона в усовершенствованной прессовальной камере пресс-подборщика // Motrol. Commission of motorization and energetics in agriculture. 2013. Vol. 15. № 4. P. 286-291.
6. Толстушко Н.О., Хайлс Г.А., Шейченко В.О. Визначення основнихпараметр'в робочих оргашв пресувально'1'камери рулонного прес-пдбирача//Механ'зац'я та електрифка^я сльського господарства: м'жв'домчий тематичний наук. зб. Вип. 97. Т. 1. Глеваха: ННЦ «1МЕСГ» НААНУ. 2013. С. 332-339.
7. Пат. 60254 U Украна, МПК А 01 D45/00. Рулонний прес-пдбирач/Толстушко Н.О., Хайлс Г.А., ЮхимчукС.Ф. (Украна). -№u201015244; заявл. 17.12.10; опубл. 10.06.11, Бюл. №11.
8. Пат. 60631 А Украна, МПК А 01 D 45/06. Рулонний прес-п 'щбирач / Клубук Н.О., Юхимчук С.Ф., Толстушко М.М., Не-скромнюк В.П. (УкраГна). - №2003010414; заявл. 16.01.03; опубл. 15.10.03, Бюл. №10.
9. Пат. 62933 U Украна, МПК А 01 D 45/06. Рулонний прес-пщбирач / Толстушко Н.О., Хайлс Г.А., Юхимчук С.Ф., Горбатов В.В. (УкраГна). - №u201101026; заявл. 31.01.11; опубл. 26.09.11, Бюл. №18.
DETERMINING OF THE LENGTH OF ENDLESS BELT IN THE PRESS BALER CHAMBER ROUND N.A. Tolstushko
Summary. Article is dedicated to mechanization of the baling from flax stems in the round baler. The analysis of the round baler with an improved bale chamber of variable volume is given. In discussion on the main process of round baler the bale forming process is divided on three stage in depending on diameter of a bale. More attention is paying to the bale forming in the loop roll press chamber which is made with the endless belt system. The scheme of bale forming when endless belt presented as a system of separate parts is discussed. For the determining of length of the loop, which is formed by endless belts in the formation of the roll, as well as coverage of the roll angle in the press chamber the developed soft wear adapted to Maple V was used. Dependences which increases the length of the endless belts in the zone of the press chamber, and an aperture angle of endless belts from a roll radius are described. Changing of radius of a bale in range from 0.31 till 0.61 m affects on the length of loop - from 1.70 till 3.55 m and on the angle - from 2030 till 2900, as well. Graphic images present all types of the dependences. Dependencies to determine of tensile forces of endless belts branches and validation of parameters of the round baler with bale chamber of variable volume are discussed. Key words: press-up, chamber for pressing, endless belts, roll, ribbon of flax.
