Научный электронный журнал КубГАУ . № 04(6), 2004
УДК 631.35
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПРОЦЕССА ПРОКАТА СТЕБЛЕЙ 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 элементы теории процесса проката стеблей томатов планетарными вальцами при механизированной многоразовой уборке.
Несмотря на то, что некоторые хозяйства применяют томатоуборочные машины иностранного производства, такие как «Помак», «MF-5600» и др., проблема механизации уборки томатов остается очень острой и отечественная машина пока не создана.
В настоящее время назрела необходимость создания уборочной машины многоразового сбора плодов по мере их созревания. Это дает возможность увеличить продуктивность плантаций в 2–3 раза, сократить повреждаемость плодов, исключить ручной труд сборщиков.
В основу изготовления экспериментальной машины может быть положен планетарный многовальцовый плодоотделитель, который и стал предметом наших исследований. Разработаны одно- и двухбарабанные планетарные плодоотделители пиккерного типа, которые устанавливают под углом a к направлению движения машины. В передней части барабанов расположены активные стеблеподъемники.
В процессе теоретического анализа установлено, что кинематические параметры планетарного многовальцового плодоотделителя существенно влияют на технологические операции процесса плодоотделения. Во время перемещения плодоотделителя, расположенного под углом a к направлению движения, плодостебельная масса прокатывается вальцами. При этом процесс съема плодов осуществляется за счет двух видов деформации растения – теребления (колебания) стеблей куста и очесывания плодов. Отделяются только крупные плоды, размер которых больше зазора в рабочей щели. Плод будет отделен, если усилие воздействия вальца превысит силы связи с плодоножкой. Мелкие плоды, завязи и цветки остаются на растении в поле и продолжают расти.
Рассмотрим технологический процесс проката стеблей планетарным многовальцовым аппаратом (см. рис.). Количество вальцов на барабане планетарного аппарата Кт определяется по формуле для двухбарабанного аппарата:
, (1)
где a – центральный угол, определяющий на стебле положение точек на-
чального и конечного касания вальца со стеблем;
с2 – отношение окружной скорости
барабана 2 к скорости протягивания
стебля,
.
(2)
Для однобарабанного аппарата
,
(3)
где a и b – центральные углы на планетарном и цилиндрическом бараба-
нах, определяющие на стебле точки начального и конечного положения
вальца;
– отношение скоростей вращения цилиндрического и планетарного
барабанов.
Протягивание стеблей планетарными вальцами
Для двухбарабанного аппарата следует принимать Кт=
6¸9 шт., для однобарабанного – 
и Кт = 6¸10 шт.
Если количество вальцов Кт принять большим, чем может быть получено по формулам (1) и (3), то это отношение будет называться коэффициентом перекрытия.
Из формул (1) и (3) угловые скорости планетарных барабанов:
для двухбарабанного аппарата
,
(4)
для однобарабанного аппарата
.
(5)
Условие проката стебля в рабочей щели
, (6)
где Qc – усилие протягивания стеблей от движения
машины; 
и 
–
суммы проекций на направление движения стеблей сил нормального
давления со стороны вальцов 3 и 4, прокатывающих стебель, и сил
трения.
,
. (7)
Для определения сил Nx3, Tx3, Nx4 и Tх4 используется предположение профессора И.В. Кравельского о равномерном распределении нормальных давлений q3 и q4 для точек контактов вальцов со стеблем, принятое им при изучении смятия лубяных культур.
Тогда элементарная сила (см. рис., а):
,
,
(8)
где r3 и r4 – радиусы окружностей вальцов 3 и 4; b3 и b4 – ширина площади соприкосновения стебля с вальцами.
Проекции элементарных сил на оси X и Y равны:
, 
, 
. (9)
В ходе интегрирования выражений (8) и (9) по a в пределах от 0 до a3 и от 0 до a4 получим
,
; (10)
,
; (11)
где 
и 
– углы охвата вальцов стеблями,
, 
,
m – коэффициент уменьшения углов a3 и a4, учитывающий смятие прокатываемого стебля перед вальцами вследствие его упругости, m = 0,76.
Из условия равновесия стебля 
по
оси Y и равенства 
:
.
(12)
Из трапеции О312О4, имея в виду выражение (12), после преобразований получим
,
(13)
где Сm – расстояние между центрами вальцов 3 и 4,
,
– толщина стебля, сжатого вальцами 3 и 4 на входе в
рабочую щель, определяется в зависимости от диаметра стебля dc и
отношения 
; D – зазор между вальцами 3 и 4.
Подставляя 
и 
в выражения (10) и (11), после преобразования
получим значения сил R3 и R4:
,
, (14)
где f3 и f4 – коэффициенты трения вальцов 3 и 4 по стеблям.
Точки приложения сил R3 и R4 определяются
значениями углов 
и 
;
. (15)
Если принять, что
и 
, (16)
то 
и 
.
Так, по Н.М. Николаеву 
.
Моменты сил R3 и R4 относительно мгновенных осей вращения вальцов 3 и 4 будут равны:
,
. (17)
где ρ5, ρ6 – соответственно плечи сил R3 и R4.
Значения r5 и r6 (см. рис.) определяются из треугольников П3О35 и П4О46:
,
. (18)
Мощность Wc,, потребная на прокат стеблей вальцами двухбарабанного аппарата:
, (19)
где ес – количество стеблей, находящихся одновременно в рабочей щели;
,
(20)
где L – средняя длина стебля; m – количество стеблей на 1 га; В – ширина захвата комбайна; Vк – скорость движения комбайна;Vс – скорость движения стеблей в рабочей щели; М3 и М4 – моменты соответствующих равнодействующих сил N и Т относительно мгновенной оси вращения.
Выводы. При рассмотрении процесса проката стеблей пасленовых овощей как проката упруго-пластичного материала получены зависимости, определяющие кинематические и энергетические параметры планетарных многовальцовых плодоотделителей.
Научный электронный журнал КубГАУ . № 04(6), 2004