ПРИБОРЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ
СВОЙСТВ ПЛОДОВОЙ ДРЕВЕСИНЫ - ЧАСТЬ 2
Одной из наиболее простых установок для определения
собственной частоты плодовой древесины является установка с
использованием датчика перемещения (рис. 13,а). Она состоит из
сердечника 2, датчика перемещения 3, усилителя 4 и осциллографа 5. В
связи с тем, что сердечник стандартного датчика имеет массу несколько
десятков граммов, в опытах он был заменен тонкой медной проволокой с
небольшим грузиком (напаянное утолщение из свинца) на конце. Общая
масса нового сердечника не превышала 3 г, что
практически не оказывало влияния на собственные колебания исследуемой
плодовой ветви 1. При монтаже схемы грузик в датчике устанавливают в
среднее положение.
Ветвь оттягивают вниз грузом, который закрепляют на конце консоли нитью.
Отклонение консоли выбирают такими, чтобы кривая находилась на экране
ослиллографа. Работа установки с данной схемой заключается в следующем:
ветвь отклоняют грузом, включают приборы и по команде оператора нить
груза перерезают ножницами. Колебания, возникающие в ветви после
удаления груза, записываются на ленту осциллографа, сигналы на который
поступают с датчика перемещения через усилитель.
Следующей относительно простой установкой, с помощью которой можно
быстро и точно определить собственную частоту колебаний плодовой
древесины, является установка с использованием фотоэлемента
(фотоэлектрический метод). Эта установка (рис. 13,Б) состоит из
источника света 6» диафрагмы 7, фотоэлемента 9, усилителя 10 и
осциллографа 11.
Плодовую ветвь 8 устанавливают в зажиме на пути светового потока от
источника света к фотоэлементу. Диаметр светового луча регулируют
диафрагмой так, чтобы он был рав-ным диаметру ветви. При сообщении ветви
свободных колебаний (путем удара, отклонения и т. п.) величина светового
потока, падающего на катод фотоэлемента, и, следовательно, сила фототока
будут изменяться в зависимости от частоты колебаний исследуемой ветви.
Рис. 13. Схема установки для определения
собственной частоты плодовой
древесины
Для регистрации изменения светового потока
применяли фотодиод ФД-3, усилитель и осциллограф Н-700. На
осциллографической бумаге одновременно с частотой колебаний фототока
записываются показания отметчика времени, что дает возможность
определить частоту собственных колебаний исследуемой ветви.
Достаточно достоверные результаты по определению частоты собственных
колебаний плодовой древесины с помощью фотоэлемента получаются для
тонких ветвей (диаметром
12 мм при длине образца 400—500 мм). Колебания более толстых ветвей
полностью уловить трудно, так как ветвь при затухании собственных
колебаний может продолжать колебаться, а зафиксировать на пленке такие
колебания не представляется возможным из-за перекрытия светового луча
исследуемой ветвью.
Частота собственных колебаний плодовых ветвей может быть определена при
помощи тензометрирования. Установка (рис. 13,е) состоит из рабочего 12 и
компенсационного 14 тензодатчиков, наклеиваемых на ветвь 13, усилителя
15 и осциллографа 16. Несколько затрудняет определение частоты
собственных колебаний ветви в этом' случае уменьшение влажности плодовой
древесины в процессе сушки наклеенных датчиков. Однако если наклеить
датчики на живые плодовые ветви прямо на дереве и срезать ветви перед
самым началом опытов, то можно получить достаточно точные значения
собственных частот исследуемых плодовых ветвей.
Средние значения модуля упругости при статическом изгибе и динамического
модуля упругости исследуемых сортов плодовой древесины, определенные
различными методами, приведены в табл. 1. Анализ данных показывает, что
модуль упругости при статическом изгибе круглых образцов всех
исследованных пород практически не отличается от динамического модуля
упругости этих же пород, собственную частоту которых определяли
импульсным ультразвуковым, резонансным и фотоэлектрическим методами, а
также с помощью датчика перемещения.
В процессе освоения вибрационного способа уборки плодов перед
исследователями стояла задача определить оптимальные режимы работы
устройств для колебания деревьев (вибраторов), при которых осыпается
максимальное количество плодов и не повреждаются ветви плодовых
деревьев. В связи с этим возникла необходимость установить
действительные напряжения) в ветвях при колебаниях плодовых деревьев на
различных режимах работы вибрацион-ной машины и дать рекомендации по
установлению оптимальных режимов работы вибраторов с учетом прочностных
характеристик ветвей плодовых деревьев различных сортов и возрастов.
Подобная работа с плодовыми деревьями в Советском Союзе впервые
проводилась в ВИСХОМе им. В. П. Горячкина на пяти наиболее
распространенных в Молдавии сортах слив (Кирке, Тулеу грае, Венгерка
молдавская, Венгерка ажанская,. Ренклод Альтана).
Наклеенные непосредственно на кору ветвей датчики сохли в течение 24 ч
при средней температуре 22° С, температуре поверхности почвы 32° С и
относительной влажности воздуха 45%. Температурно-компенсационные
датчики такого же сопротивления, что и рабочие, наклеивали тем же клеем
БФ-4 на срезанные ветви соответствующего сорта слив. Регистра рующей
аппаратурой явилась передвижная тензостанция (восьмиканальный усилитель
8-АНЧ и осциллограф Н-700).
Таблица 1
Средние значения модуля упругости некоторых сортов плодовой древесины
Результаты обработки осциллограмм (рис. 14, а—в)
показали, что действительные напряжения возрастали к вершине ветви при
соответствующем уменьшении моментов сопротивлений сечений ветви. Исходя
из указанного, в первом приближении можно записать, что момент является
функцией усилий, возникающих в соответствующих сечениях ветви:
Усилия, полученные з соответствующем сечении ветви,
сравнивают со статическим усилием излома ветвей. При определенном режиме
работы вибрационной машины ветвь не сломается, если полученные усилия не
превосходят статических усилий на излом.
В результате обработки осциллограмм (рис. 14) выявилось, что при
увеличении амплитуды вынужденных колебаний (при одной и той же частоте)
увеличивались и действительные напряжения в ветвях, а при увеличении
частоты (при одной и той же амплитуде) напряжения в месте наклейки
датчиков оставались примерно такими же или уменьшались. Это
свидетельствует о том, что повреждение ветвей деревьев должно возрастать
с увеличением амплитуды в большей степени, чем с повышением частоты.
Устанавливай оптимальные режимы работы плодоуборочной машины с учетом
прочностных характеристик ветвей, следует увеличивать частоту и
уменьшать амплитуду до безопасного значения в пределах высокого съема
плодов (без повреждения ветвей).
Из осциллограмм установлено также, что частота вынужденных колебаний
ветвей в месте наклейки датчиков полностью совпадает с частотой
вынужденных колебаний машины, а колебания ветвей в месте наклейки
датчиков близки к синусоидальным, что свидетельствует о распространении
стоячей волны вдоль ветви при установившемся режиме работы машины.
Стоячая волна характеризуется наличием узлов и пучностей; узлы ее
практически имеют нулевую амплитуду колебаний, поэтому плоды,
расположенные в узлах, не будут опадать. Следовательно, для обеспечения
высокой полноты съема плодов необходимо сообщать ветви колебания с
переменной частотой.
