ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТРЫВА ПЛОДА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ВИБРАЦИОННЫХ ПЛОДОУБОРОЧНЫХ МАШИН

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТРЫВА ПЛОДА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ВИБРАЦИОННЫХ ПЛОДОУБОРОЧНЫХ МАШИН - ЧАСТЬ 1

При колебании дерева плод на плодоножке может совершать колебания практически в любой плоскости. При этом на горизонтальное смещение точки подвеса плода могут накладываться смещения в вертикальной и других плоскостях. Сама

ветвь также может вибрировать не в одной плоскости, поэтому абсолютное движение центра тяжести плода — это очень сложное движение, трудно йоддающееся математическому описанию. Математический анализ движения центра тяжести плода возможен при наложении на систему плод—плодоножка некоторых ограничений, приводящих к ошибке в конечных результатах.

Отделение плодов от ветвей происходит в результате действия инерционных сил, возникающих от колебаний точки подвеса плода в горизонтальной или вертикальной плоскостях; соосной растягивающей силы; усталостных разрушений плодоножки в месте крепления к ветви или плоду, а также в результате кручения плода относительно 'места его прикрепления к плодоножке и других сложных деформаций плодоножки, которые до сих пор полностью не изучены. Основные возможные виды движения плодов при вибрационной уборке показаны на рис. 49. Во

всех случаях отрыву плода соответствует определенное значе-ние частоты возмущающей силы, обеспечивающей его необходимое угловое или вертикальное ускорение.

Д-р тех. наук X. А. Хачатрян и канд. техн. наук Р. Р. Ягу-бян [27], д-р техн. наук А. Ф. Ульянов и канд. техн. наук В. Д. Забросаев, канд. техн. наук 'С. И. Филимонов (рис. 50, а — в) рассматривали механизм отрыва отдельного плода, применяя уравнение движения простого физического маятника с горизонтальным синусоидальным перемещением его точка подвеса.

Рис. 49. Основные виды движения плода при вибрационной
уборке:
а — маятниковое; б — качающееся; в — крутильное; г — вертикальное (рывковое)

Д-р техн. наук Б. И. Турбин, канд. техн. наук В. Д. Барте-лев и Т. М. Соболева (рис. 50, 0) в основу выявления механизма отрыва отдельного плода при механизированной уборке лоложили рабочую гипотезу о наличии упругой связи между плодом на плодоносящей веточке высшего порядка и ветвью Более низкого порядка [24]. Применяя затем уравнения Лагран-жа II рода, авторы получили уравнение движения центра тяжести плода в функции угла ’поворота.

Из зарубежных исследователей вопросами теоретического обоснования отрыва плода занимались Дипаола, И. Кук, Р. Ранд, И. Пархомчук, Ж. Стефанелли, И. Стаффорд, Р. Ди-нер, Е. Джакомелли. Ч. Юнг, Р. Фридли, В. Миллер, Ч. Морроу и др.

Проф. Ж. Дипаола и др. [36] при рассмотрении отрыва плода систему сил, действующих на него, сводят к силам и моментам, приведенным к двум точкам (рис. 50, е): точке 1 — месту соединения плодоножки с ветвью и точке 2 — месту соединения плодоножки с плодом. Эту систему сил и моментов выражают затем шестью уравнениями с 116 неизвестными. Задаваясь далее гармоническим законом колебания точки подвеса плода, уравнением упругой линии плодоножки при ее изгибе и внося ряд допущений, уравнения приводят к выражениям с ‘шестью неизвестными, которые используют для решения поставленной задачи.

И. Кук и Р. Ранд для определения оптимальной частоты отделения плодов при вибрационной уборке использовали линеаризованную модель (рис. 50, ж) плод — плодоножка с амплитудой угловых колебаний 3°, возбуждаемой одновременными периодическими горизонтальными и вертикальными колебаниями [33]. Участки динамической неустойчивости и соответствующие формы моды выводились при помощи сдвоенных неоднородных уравнений Хиллса, описывающих движение двойного физического 'маятника с торсионными пружинами.

В результате анализа авторы установили, что оптимальным колебательным режимом движения системы плод-плодоножка (при наличии вертикального компонента возбуждения точки подвеса) Сбудет такой, при котором вынужденная круговая частота равна удвоенной собственной частоте системы плод-плодоножка. В этом случае будет обеспечена высокая полнота съема плодов.

В другой работе Р. Ранд и И. Кук [50] провели исследования системы плод-плодоножка с применением нелинейной теории динамики плодоножки и плода (рис. 50, з). Цифровое интегрирование 'сдвоенных нелинейных уравнений движения системы показало, что приблизительные аналитические результаты действительны для углов, равных 1 рад.

На основании проведенного анализа авторы Пришли к выводу, что частота внутрифазовых собственных колебаний всех изученных плодов при вибрационной уборке не зависит от амплитуды собственных колебаний. При этом нелинейные влияния для этой моды неощутимы для углов 'отклонения до 30°. Для углов отклонения 90° собственная частота двойного маятника не совпадает с частотой эквивалентного простого нелинейного маятника, однако это несовпадение не превышает 15% в сторону уменьшения с учетом 'частоты наибольшего угла. С уменьшением же угла отклонения процент несовпадения частот также уменьшается.

И. Пархомчук и И. Кук рассмотрели 'характер отделения плодов с плодоножкой или без нее [47]. При этом модель плода с плодоножкой 'уподоблялась двойному физическому маятнику (рис. 50, г). Установлено, что для малых отклонений движение двойного физического маятника может быть уподоблено движению физического маятника с одной степенью свободы.

И. Стаффорд и Р. Динер провели теоретические исследования по установлению границ частоты и амплитуды колебаний плодов, обеспечивающих необходимую полноту съема [51]. Они нашли, что отрыв плодов яблок происходит при частоте 400— 600 кол/мин, в 2—3 раза превышающей собственную частоту системы плод-плодоножка.

Ж. Стефанелли рассматривал теорию и упрощенную методику расчета параметров, действующих на систему плод-плодоножка [52]. При этом рассмотрены самые простые случаи воздействия на плод и сделана попытка определить некоторые условия отрыва плода при помощи приближенных и пригодных только для ориентировочных оценок формул.

Отрыв плода от плодоножки (или плодоножки от ветви) может произойти в результате простых воздействий (растяжение, изгиб, кручение, срез), комбинированных (например, растяжение и изгиб; изгиб и кручение; изгиб и срез и др.) или усталостных явлений, вызываемых малыми, но многократно повторяющимися растягивающими, изгибающими, скручивающими и срезающими воздействиями.

Проводя анализ отрыва плода, автор рассматривал только-простые воздействия в предположении, что связь плода с плодоножкой является совершенным соединением, хотя это ва многих случаях вряд ли соответствует действительности.

Е. Джакомелли считает, что для уборки плодов вибрационными машинами главное значение имеет определение собственной частоты колебаний ветвей и прежде всего системы плод-плодоножка [40]. Если собственная частота известна, то можно подобрать подходящую частоту колебания практически любого-элемента системы (дерева, ветви и т. п.) для обеспечения Высокой полноты съема плодов.

Ч. Юнг и Р. Фридли делают попытку разработать и оценить расчетную модель всего плодового дерева [58, 59], что, по их мнению, позволит более 'точно представить колебательную характеристику всей системы (дерево—ветвь—плодоножка — плод). Для раскрытия качественной стороны вопроса авторы использовали метод ограниченного элемента. В результате сравнительно сложного анализа авторы пришли к выводу, что метод ограниченного элемента по определению собственных частот плодового дерева обеспечивает достаточно высокую сходимость результатов с экспериментальными данными.

В. М. Миллер и Ч. Т. Морроу делают попытку математическим путем получить вибрационную характеристику системы плодоножка — яблоко, чтобы определить возможность отрыва плода с плодоножкой или без нее [44]. Для исследований они применяли моделирование системы с одной степенью свободы. При этом плодоножку принимали абсолютно жесткой и считали, что точка подвеса получает синусоидальное осевое (вертикальное) возбуждение. Эксперименты были проведены лишь.

в лабораторных условиях. В полевых условиях такие эксперименты осуществить трудно, так как в настоящее время пока еще нет возбудителей колебаний, которые бы вызывали на плодовом дереве только вертикальные колебания плодов.

Почти все зарубежные исследователи (за исключением .Ж- Стефанелли) для оценки отрыва плода проводят сравнительно сложный анализ, получают громоздкие окончательные расчетные формулы, а затем указывают, что результаты, найденные по упрощенным формулам, отличаются на 10—-15%. Исходя из этого, для оценки условий отрыва плода можно применять простые расчетные формулы, вместо двойного физического маятника рассматривать простой и формулы, полученные для углов отклонения плода до 3° от вертикали, с небольшой погрешностью применять для углов отклонения до 1 рад и т. д.

В работах автора данной книги ставилась задача найти упрощенную теорию отрыва плода, которая хорошо подтверждалась бы экспериментальными исследованиями и могла быть использована конструкторскими организациями для выбора режимов работы вибраторов плодоуборочных машин, обеспечивающих высокую полноту съема плодов. В связи с этим главными вопросами при решении данной задачи были установление закона движения точки подвеса плода и выбор основного вида колебания плода на плодоножке.

Как уже было указано, предполагалось, что точка подвеса плода, независимо от расположения на ветви, при колебании последней совершает горизонтальные гармонические колебания. Это предположение подтверждено опытным путем.

содержание .. 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 ..