Версия для печати

Файл в формате pdf

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 К_т 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 К_т= 6¸9 шт., для однобарабанного –  и К_т = 6¸10 шт.

Если количество вальцов К_т 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 Q_c – 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 N_x3, T_x3, N_x4 и T_х4 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  С_m – 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 d_c 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 W_c,, потребная на прокат стеблей вальцами двухбарабанного аппарата:

,                          (19)

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

,                                          (20)

где L – средняя длина стебля; m – количество стеблей на 1 га; В – ширина захвата комбайна; V_к – скорость движения комбайна;V_с – 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.