Научный электронный журнал КубГАУ . № 04(6), 2004

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 N, трения Т и растяжения Р в том случае, если диаметры и рабочие поверхности парных вальцов одинаковы. При этом углы a охвата вальцов стеблем и плодом, силы N, Т и равнодействующие силы R для обоих вальцов одинаковы, изгиб плодоножки отсутствует, и разрыв ее чаще всего происходит в середине.

Диаметры и рабочие поверхности планетарных вальцов 3 и 4, находящихся в паре, в общем случае не одинаковы, поэтому , ,  и .

Для отделения плода необходимо выполнение условия:

,                                         (1)

где   и  – сумма проекций сил Т₃ и Т₄ и соответственно N₃ и N₄

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 R₃ и R₄ 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, d_п – диаметр плода;  – длина плодоножки на участке 5–6; m₁ – угол между прямыми 5–6 и 5–7, определяющий направление силы Р, m₂ – угол между прямыми 1–2 и О₃-О₄, определяющий положение основания плода в рабочей щели.

Расчетами установлено, что . В результате проектирования сторон трапеций 1О₃56 и 2О₄56 на направления 5-6 и О₃О₄ и преобразований получим

,

,                                                    (2)

где m – разница радиусов смежных вальцов, ; n – разница между длиной плодоножки и m, .

Длина плодоножки l может быть принята равной

,                                               (3)

где r_ср – средний радиус вальцов, .

Из трапеции 1О₃56 следует:

.                                                            (4)

Если  и , то из уравнений моментов сил R₃, R₄ и Р относительно точек 1 и 2 имеем соответственно

,    ,                  (5)

где  М_и – момент сопротивления плодоножки изгибу, М_и = 0,04–0,07 Н×м.

Если  и , то

 .                 (6)

Примем, что e₁ и e₂ – углы между направлениями нормальных давлений N₃ и N₄ и скоростей V₁ и V₂ соответственно. Если скорости V₁ и V₂ направлены вне углов трения j₃ и j₄, т. е. e₁ > j₃ и e₂ > j₄, то вальцы 3 и 4 пробуксовывают по основанию плода, и направления векторов  и  определяются значениями углов j₃ и j₄, а модули R₃ и R₄ – по формулам (6). Если  e₁ < j₃ и e₂ < j₄, то направления векторов  и  совпадают с направлениями V₁ и V₂ соответственно. Тогда, определяя модули R₃ и R₄, в формулах (6) и (7) вместо j₃ и j₄ следует подставить значения e₁ и e₂ соответственно.

Итак, положение основания плода в начале соприкосновения его с вальцами определяется соотношением диаметров вальцов d₃ и d₄ и основания плода d_п. В свою очередь величины и направления сил R₃ и R₄ зависят от положения основания плода в рабочей щели, а также от значений j₃ и j₄.

Если e₁ > j₃ и e₂ > j₄, то условия для незахвата плода вальцами 3 и 4 будут выглядеть так:

,    ,                                       (7)

где  и  – углы, заключенные между плоскостью основания

плода и направлением сил N₃ и N₄ соответственно.

Если e₁ < j₃ и e₂ < j₄, то условия для незахвата плода вальцами 3 и 4:

,    .                                   (8)

Время отделения плода от стебля планетарными вальцами t₀ определено по формуле:

,                                            (9)

где  – относительное удлинение плодоножки;  – длина плодоножки;  – радиус начальной окружности перекатывания барабана 1 по барабану 2, , А – расстояние между центрами барабанов 1 и 2; V_ст – скорость стебля.

Мощность, потребная для отделения плода от стебля вальцами двухбарабанного аппарата W_п, равна:

,                                 (10)

где е_с – количество стеблей, одновременно находящихся в рабочей щели;

е_п – среднее количество плодов на стебле;  и  – момент равнодейст-

вующих сил R₃ и R₄ относительно мгновенных осей вращения вальцов 3 и

4.

Мощность, расходуемая на отбрасывание плода вальцами W_q, определяется по формуле:

                  ,                         (11)

где q – масса одного плода.

Научный электронный журнал КубГАУ . № 04(6), 2004