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, dп – 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 rср – 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 Ми – момент сопротивления плодоножки изгибу, Ми =
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 dп. 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; Vст – скорость стебля.
Мощность, потребная для отделения плода от стебля вальцами двухбарабанного
аппарата Wп, равна:
, (10)
где ес – количество стеблей, одновременно находящихся
в рабочей щели;
еп – 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 Wq,
определяется по формуле:
, (11)
где q – масса одного плода.
|