CC BY
22
УДК 631.35
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ОТДЕЛЕНИЯ ПЛОДОВ ТОМАТОВ ПЛАНЕТАРНЫМИ ВАЛЬЦАМИ
Абликов В.А. - д. т. н., профессор Вдовиченко М.Н. - аспирант Тимофеев М.Н. - инженер Кубанский государственный аграрный университет
В статье рассмотрены основы технологического процесса отделения плодов томатов планетарными вальцами при механизированной многоразовой уборке.
Основание плода томата держится на плодоножке, которая, в свою очередь, прикреплена к стеблю. Для отделения плода необходимо, чтобы отрыв плодоножки происходил в месте присоединения ее к основанию плода. Разрыв обеспечивается при условии, что на плодоножку в поперечном направлении действует сила сжатия, в продольном - сила растяжения и переменный по направлению изгибающий момент. Сочетание указанных сил и момента наблюдается в работе планетарного плодоотделяющего аппарата. Усилие разрыва плодоножки при растяжении с изгибом уменьшается в 3-5 раз по сравнению с растяжением без изгиба.
На рисунке изображена схема действия на основание плода и плодоножку сил нормального давления Ы, трения Т и растяжения Р в том случае, если диаметры и рабочие поверхности парных вальцов одинаковы. При этом углы а охвата вальцов стеблем и плодом, силы Ы, Т и равнодействующие силы Я для обоих вальцов одинаковы, изгиб плодоножки отсутствует, и разрыв ее чаще всего происходит в середине.
Диаметры и рабочие поверхности планетарных вальцов 3 и 4, нахо -дящихся в паре, в общем случае не одинаковы, поэтому а3 ф а4, Ы3 ф Ы4,
Т3 ф Т4 и я4 ф Я3.
Для отделения плода необходимо выполнение условия:
& +1 Ту -X Ыу = Рп, (1)
где X Ту и X Ыу - сумма проекций сил Т3 и Т4 и соответственно Ы3 и Ы4 на направление движения стебля.
Отделение плодов томатов планетарными вальцами
Процесс отделения плода от стебля планетарным вальцом состоит из двух этапов: растяжение плодоножки и ее двухсторонний изгиб. Рассмотрим первый этап.
В результате относительного перемещения вальцов 3 и 4 и воздействия на основание плода переменных сил Я3 и Я4 на плод оказывает влияние переменный по величине и направлению момент. Плодоножка при этом изгибается и растягивается так, что наибольшее напряжение испытывают крайние наружные или внутренние волокна в месте прикрепления плодоножки к плоду. Разрыв плодоножки произойдет, как только напряжения в месте соединения с плодом достигнут критических значений.
Примем, что плодоножка - гибкая нить, прикрепленная к середине основания плода, а сила Р направлена вдоль среднего волокна плодоножки, - диаметр плода; • - длина плодоножки на участке 5-6; ц1 - угол
между прямыми 5-6 и 5-7, определяющий направление силы Р, ц2 - угол между прямыми 1-2 и О3-О4, определяющий положение основания плода в рабочей щели.
Расчетами установлено, что т1 = 0 -100. В результате проектирования сторон трапеций 1О356 и 2О456 на направления 5-6 и О3О4 и преобразований получим
4 • пг3 4п • г3 - 21 т2 - 4*2) п2 - (2т - г3 )2
sin a3 =
3 2(m2 -д.2)■ r32
2* — r3- sinu3
sin a4 =------------3------3 , (2)
2* - r3 ■ sin a3
r4
где m - разница радиусов смежных вальцов, m = r4 - r3; n - разница между длиной плодоножки и m, n = 4*2 - r42 - r32 = m .
Длина плодоножки l может быть принята равной
(3)
* = rcp ■ sin
{ \ c - d „
arccos
2rc
cp
V J
r3 + r4
где гср - средний радиус вальцов, rcp = 2
Из трапеции 1О356 следует:
2(* -r3 ■ sina3) ,лл
sin m 2 =——3. (4)
d
n
Если j3 < a3 -m2 и j4 <a4 + m2, то из уравнений моментов сил R3, R4 и Р относительно точек 1 и 2 имеем соответственно
R = Pdn ■ cosм2- 2Mи R = Pdn ■ cosm2 - 2Mи (5)
R3 = / \ ? R4 = ( \ ? V /
2dn ■ sin (a3 + ф3 - м2) 2dn ■ sin (a4 + ф4 + m 2)
где Ми - момент сопротивления плодоножки изгибу, Ми = 0,04-0,07 Н-м. Если ф3 > a3 - m2 и ф4 > a 4 + m2, то
R3 = 2 Ми- Pdп •cos m2 R4 = 2 Ми- Pdп •cos m2 (6)
2dn ■ sin (ф3 - a3 + m2) 2dn ■ sin ( + a4 + m2)
Примем, что e1 и - углы между направлениями нормальных давлений N3 и N4 и скоростей V1 и V2 соответственно. Если скорости V1 и V2 направлены вне углов трения ф3 и ф4, т. е. e1 > j3 и > j4, то вальцы 3 и 4 пробуксовывают по основанию плода, и направления векторов R3 и R4 определяются значениями углов ф3 и ф4, а модули R3 и R4 - по формулам (6).
Если e1 < ф3 и е2 < ф4, то направления векторов R3 и R4 совпадают с на-
правлениями V1 и V2 соответственно. Тогда, определяя модули R3 и R4, в формулах (6) и (7) вместо ф3 и ф4 следует подставить значения e1 и е2 соответственно.
Итак, положение основания плода в начале соприкосновения его с вальцами определяется соотношением диаметров вальцов d3 и d4 и основания плода dn. В свою очередь величины и направления сил R3 и R4 зависят от положения основания плода в рабочей щели, а также от значений ф3 и
ф4.
Если e1 > ф3 и е2 > ф4, то условия для незахвата плода вальцами 3 и 4 будут выглядеть так:
«3 т2 > ф3 , «4 +М-2 > Ф4 , (7)
где а 3 -т 2 и а 4 + т 2 - углы, заключенные между плоскостью основания плода и направлением сил N и Ы4 соответственно.
Если е1 < фз и е2 < ф4, то условия для незахвата плода вальцами 3 и
4:
«3 - т2 < ф3 , «4 +т2 < ф4 . (8)
Время отделения плода от стебля планетарными вальцами ^ определено по формуле:
О = —^—, (9)
Р1 ®1 + ^ст
где е0 - относительное удлинение плодоножки; * - длина плодоножки; р1 - радиус начальной окружности перекатывания барабана 1 по барабану 2,
р1 = А^2 , А - расстояние между центрами барабанов 1 и 2; Уст - скорость
ю1 + ю2
стебля.
Мощность, потребная для отделения плода от стебля вальцами двухбарабанного аппарата равна:
К = Ч)ео • еп М 3 (( -®2 ) + М4 К -Ю1 )J, (10)
где ес - количество стеблей, одновременно находящихся в рабочей щели;
/ /
еп - среднее количество плодов на стебле; М3 и М4 - момент равнодействующих сил Я3 и Я4 относительно мгновенных осей вращения вальцов 3 и 4.
Мощность, расходуемая на отбрасывание плода вальцами Жч, определяется по формуле:
К = ™ ес • еп [А®1 - г2 Ц - ®2 ) + Р1 ®1]2 , (11)
9,8
где q - масса одного плода.
