CC BY
30
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 631.358.
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОДБОРЩИКА-ПОГРУЗЧИКА ПЛОДОВ БАХЧЕВЫХ КУЛЬТУР
В.Г. Абезин, доктор технических наук, профессор Д.В. Скрипкин, кандидат технических наук, доцент
Волгоградский государственный аграрный университет
Разработана конструкция подборщика-погрузчика плодов, которая позволяет механизировать процессы захвата плодов с поверхности поля и их погрузку в транспортное средство. Для разработанной конструкции приведено теоретическое обоснование параметров подборщика.
Ключевые слова, плодосдвигающие диски, плетеприжимные колеса, лопастной ротор, погрузочный транспортер, критическая величина деформации.
Уборка плодов бахчевых культур - одна из самых трудоемких операций в бахчеводстве, до настоящего времени выполняется вручную [3]. Разработанная нами конструкция подборщика-погрузчика (рис. 1) обеспечивает возможность полностью механизировать эту трудоемкую технологическую операцию.
Подборщик содержит плодосдвигающие диски 1, покрытые по наружному ободу эластичным материалом и установленные с помощью рычагов 2 и прижимных пружин 3 на раме подборщика 4. Опорно-прижимные колёса 5 имеют диаметр, больший диаметра лопастного ротора 6 на величину смятия почвы от веса подборщика, а также прижатия плетей к земле при захвате плодов лопастным ротором. Лопастной ротор установлен на валу 7 и сопрягается с помощью скатной решетки 8 с погрузочным транспортёром 9, который имеет предохранительный щит 10, покрытый эластичным материалом.
***** ИЗВЕСТИЯ *****
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
№ 3 (35) 2014
Рисунок 1 - Подборщик плодов с опорно-плетеприжимными колесами: 1 - плодосдвигающие диски, 2 - рычаги, 3 - пружины, 4 - рама, 5 - колёса, 6 - лопастной ротор, 7 - вал, 8 - скатная решетка, 9 - транспортёр, 10 - щит, 11 - кронштейн,
12 - эластичная лента, 13 - гидромотор, 14 - планки, 15 - укладчик, 16 - ось
Кронштейны 11 служат для агрегатирования подборщика с трактором. Несущей частью погрузочного транспортера служит эластичная лента 12, закреплённая к приводным цепям. Привод во вращение лопастного ротора осуществляется от гидромотора 13 или вала отбора мощности через систему передач. Эластичные планки 14 предотвращают скатывание плодов вниз по наклонной части погрузочного транспортера, который имеет в верхней части укладчик плодов 15. Плодосдвигающие диски установлены на оси 16, которая закреплена на подпружиненных рычагах. Граблины лопастного ротора установлены на валу с возможностью осевого перемещения и удерживаются от проворачивания с помощью лыски, а опорно-плетеприжимные колеса установлены на валу с помощью подшипников. Установка нескольких опорно-плетеприжимных колес снижает нагрузку на опорную поверхность почвы, и уменьшает травмирование плетей. При движении подборщика по полю со скоростью V в направлении, указанном стрелкой, плодосдвигающие диски 1 вращаются за счет сил сцепления с опорно-плетеприжимными колесами 5 и сдвигают плоды от линии их движения.
Сцепление между дисками и колёсами обеспечивается поджатием пружин 3, закреплённых к рычагам 2. Плоды направляются между опорно-плетеприжимными колёсами 5, захватываются граблинами лопастного ротора 6 и поднимаются к скатной решетке 8. Опорно-плетеприжимные колеса сдвигают плети с плодов и предотвращают их захват граблинами лопастного ротора. Как только уклон граблин
будет направлен в сторону скатной решетки, плоды перекатываются по решетке 8 на погрузочный транспортёр 9, на котором предусмотрен предохранительный щит 10. Мягкая транспортерная лента принимает плоды, поступающие по скатной решетке 8 и переносит к укладчику плодов 15. Опорно-плетеприжимные колеса 5, установленные на приводном валу, свободно вращаются за счет сил сцепления с почвой. Наружная часть колёс покрыта эластичным материалом или имеет пневматические шины, что сводит до минимума травмирование плетей. Расстояние между опорно-плетеприжимными колесами 5 и граблинами лопастного ротора 6 на валу регулируется в зависимости от размеров подбираемых плодов, соответственно переставляются на оси и плодосдвигающие диски. Подборщик производит выборочную уборку плодов бахчевых культур по размерам, а также сплошную уборку бахчевых культур, помидор, перца, капусты.
Захват плодов при уборке граблинным подборщиком с плетеприжимными колёсами производится с помощью граблин, установленных с определённым шагом, который должен соответствовать размеру подбираемых плодов [4].
Удержание плодов граблинами по своей физической сущности - это расположение плода на двух опорах, лежащих ниже меридиональной плоскости плода [1] (рис. 2).
Рисунок 2 - Схема взаимодействия плода с граблинами Плод диаметром V захватывается рабочими органами, имеющими шаг X. Под действием веса G плода происходит деформация рабочих органов, Л и плод удерживается на опорах с шагом XI благодаря запасу 8У на удержание. Усилие Рс от веса плода, передаваемое на опору, может быть разложено на две составляющие -
Q Q
горизонтальную - Ьду, направленную по оси у, и вертикальную -, направленную по оси г.
Изгибающий момент в сечении с абсциссой х от сил Рг и Ру будет равен [2]:
М2=-гдух,Му=-х, (1)
где х - плечо действия сил Рг и Ру.
Для нашего случая максимальная величина плеча равна радиусу плодоподъёмного барабана хтах = Р6 = 7 2 , 5 см . При таком плече происходит захват плодов с поверхности земли. Для определения деформации граблин при косом изгибе применяется способ сложения действия сил. Деформация конца граблины от действия Рг будет по оси г и равна
_ Ргхг3 _ |хкб3 _ схкб3 2 3 Е X ]у 3 Е X ]у 6 Е X ]у ( )
где Е - модуль упругости (для стали Е=2,1*10б кг/см2); ^ - момент инерции сечения горизонтальной части плодозахватных пальцев относительно оси у.
Аналогично деформация от действия силы Ру будет направлена по оси у и
равна
_ РуХ13 _ |гдухд| _ схя^ду 2 3 Е X ]2 3 Е X ]2 6 Е X ]у ' ( )
При подборе плодов по размерам определяющим параметром является шаг граблин t, поэтому наиболее важной будет деформация Лу, которая возникает от распорного усилия.
^ = у (4)
Момент инерции относительно оси г будет
къ3 <з4
= 0_ (5)
12 12 4 '
Так как пальцы приняты круглого сечения диаметром й=15 мм (рис. 2). Окончательно деформация Лу может быть определена по уравнению
2-^ = 4^ (б)
* Ей* Ей* 4 '
Из (рис. 2) видно, что шаг tl граблин после их деформации зависит от величины деформации Лу и запаса 8у на удержание плода.
^=£-2 (^+5у) (7)
Угол у определяет положение точек опоры плода на граблинах и зависит от величины шага граблин t и диаметра плода £:
ьд у = (8)
Используя полученную зависимость, определим распорное усилие
р = -ьду = п-^= (9)
2 2£ 2
Вес плода равен
С=|Ж£3 (10)
где W - средняя плотность плодов (для арбуза W = 1,04 г/см3). В этом случае , а распорное усилие
р = ^4£^ (11)
2 > 2 - Г 2
В момент равенства реакции граблины и составляющей плод удерживается силами трения, при этом угол и горизонтальное распорное усилие имеют свои максимальные значения.
По полученным теоретическим и экспериментальным зависимостям построена номограмма (рис. 3), позволяющая определить величину распорного усилия Р по диаметру плода V и углу у; деформация А граблины в зависимости от величины распорного усилия и критической величины распорного усилия и критической величины деформации Акр в зависимости от диаметра плода. При критической величине деформации плод не удерживается рабочими органами и остаётся на поверхности земли.
Рисунок 3 - Номограмма для определения величины критической деформации
граблин
По критической величине деформации Акр и запасу Sy на удержание плода определяется необходимый шаг плодозахватных рабочих органов:
t±=V-2(A + Sy) (12)
В то же время необходимый шаг равен:
t1=Vsiny1 (13)
или
Vsiny1='D-2(A+Sy) (14)
после преобразования
Sy = R(1 - siny) - А (15)
Максимальный угол у для плодов диаметром D=150 мм при критическом Акр равен 700, а для диаметра D=260 мм - 63,50.
В пределах этих углов sin у =0.9. Таким образом, Sy =0.1R-A После подстановки значения Sy и преобразования получаем
t± « О.ЭЪ (16)
Библиографический список
1. Воронков, И.М. Курс теоретической механики [Текст] / И.М. Воронков. - М.: Наука, 1966. - 596 с.
2. Дарков, А.В. Сопротивление материалов [Текст] /А.В. Дарков, Г.С. Шпиро. - М.: Издательство «Высшая школа», 1965. - 762 с.
3. Цепляев, А.Н. Агрономические и технические решения по совершенствованию возделывания бахчевых культур в неорошаемом земледелии [Текст] : дис. докт. с.-х. наук / Цепляев Алексей Николаевич. - Волгоград, 1998. - 357 с., ил.
4. Чабан, Л.Н. Изыскание и исследование рабочих органов для машинного сбора арбузов [Текст]: дис. канд. техн. наук / Чабан Л.Н. - Волгоград, 1997. - 140 с.
E-mail: [email protected]
