Режимы движения плодов при вибрационной уборке

  Главная      Книги - с/х комбайны     Машины для уборки фруктов (Г.П. Варламов) - 1978 год

 поиск по сайту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТРЫВА ПЛОДА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ  ВИБРАЦИОННЫХ ПЛОДОУБОРОЧНЫХ МАШИН - ЧАСТЬ 2

 

 

Кратко рассмотрим правомерность некоторых других принятых допущений. При анализе колебательной системы плод— плодоножка пренебрегали массой плодоножки. Для крупных (яблоки, груши и т. п.) и средней крупности (сливы, абрикосы, грецкие орехи, персики и т. п.) плодов это допущение вполне правомерно, так как масса плодоножки крупных плодов в 40— 120 раз меньше массы плода, а масса плодоножки плодов средней крупности в 17—-34 раза. Несколько проблематичнее такое допущение для вишни и черешни, так как масса их плодоножек только в 3—5 раз меньше массы плодов. Таким образом, для крупных и средней крупности плодов центр тяжести системы плод — плодоножка с погрешностью до 0,5% может быть принят в центре 'тяжести плода, представленного в виде шара, т. е. в центре шара. Подобное допущение принято и для плодов вишни и черешни, хотя у них из-за соизмеримости масс плодоножки и плода центр тяжести системы плод — плодоножка может быть несколько смещен в сторону места стыка плода с плодоножкой. Возможность такого допущения должна быть проверена экспериментально.

При пренебрежении массой плодоножки (делая ее невесомой) физический маятник (система плод — плодоножка) как бы

переводится в математический. Однако для математического анализа он может быть принят с небольшой погрешностью (до 3%) в качестве физического маятника.

Предположение о шарнирном соединении плодоножки с ветвью (т. е. о совершенном соединении) дает определенную ошибку в окончательных результатах, которая не превышает 3%.

В качестве основного вида колебаний плодов при механизированной уборке принимаем маятниковый (см. рис. 49). При этом исходим из следующих соображений: при колебании дерева плод на плодоножке и сама ветвь могут совершать колебания в любой плоскости, поэтому абсолютное движение центра тяжести плода будет очень сложным. Особенно сложные движения плода с изгибом плодоножки наблюдаются при уборке вибрационным способом мелких плодов с длинными плодоножками (вишни, черешни, оливы и др.). Крупные плоды (яблоки, груши и др.) и плоды средней крупности (сливы, абрикосы, мелкие яблоки и др.), имеющие сравнительно недлинные плодоножки, прочно связанные с плодом, совершают более устойчивые колебания в основном маятникового типа (рис. 51).

Учитывая, что под семечковыми культурами с крупными плодами занято около 72% общих площадей садов в СССР, под косточковыми культурами с плодами средней крупности около 18% площадей, под косточковыми культурами с мелкими плодами около 4% площадей, можно без больших погрешностей в качестве основного вида колебаний плодов при вибрационной уборке принять маятниковый.

Таким образом, при математическом анализе механизма отрыва плода применено уравнение движения простого физического маятника с горизонтальным синусоидальным перемещением точки подвеса. Зная закон движения центра тяжести плода, а также некоторые физико-механические свойства плодов (прочность связи плодоножки с ветвью и плодом, размеры и массу плода и плодоножки), можно прогнозировать наивыгоднейшие режимы колебаний точки подвеса плода для его отрыва путем теоретического подсчета инерционных сил при различных режимах колебаний и последующего сравнения их со статическими усилиями отрыва плодов. Если инерционные силы будут больше статических усилий отрыва, то плод оторвется в месте наименьшей связи.

Вынужденные колебания маятника с горизонтальным перемещением точки подвеса можно уподобить движению маятника, точка подвеса которого прикреплена к поступательно движущейся платформе (рис. 52). Вначале рассмотрим общую теорию маятника на платформе, поступательно движущейся по любому закону. Соединим с платформой систему координат O'X'Y' и зададим поступательное движение платформы уравнением движения начала О' по отношению к неподвижной системе OXY. Дифференциальные уравнения движения маятника получаем как методом Лагранжа, так и непосредственно составлением дифференциальных уравнений относительного движения (с учетом инерционных сил).

 

 

 

Рис. 51. Режимы движения плодов при вибрационной уборке:

 

С использованием выведенных здесь формул на ЭВМ «Наи-ри» проведены расчеты по прогнозированию оптимальных частотно-амплитудных режимов колебаний точки подвеса для отрыва плодов трех разновидностей: мелких косточковых

(черешня, вишня), средних косточковых и орехоплодных (слива, миндаль, орех) и семечковых (яблоки, груши). При этом средняя масса плода принята у черешни и вишни равной 4 г; у

слив, миндаля и орехов 30 г; у яблок и груш 80 г, а средняя приведенная длина физического маятника — соответственно 4,8; 3 и 4 см.

В результате расчетов получены частота колебаний для вишни и черешни 850—1100 циклов в минуту при амплитуде колебаний 20—30 мм; для слив, миндаля и орехов — 600—800 циклов в минуту при амплитуде 40—50 мм; для яблок и груш— 500—550 циклов в минуту при амплитуде 20—40 мм.

Изучение физико-математических показателей плодов и плодоножек, экспериментальное определение собственной частоты колебаний различных плодов, которая значительно (в 6—* 10 раз) ниже частоты вынужденных колебаний плода для его отрыва, подсчеты реакции натяжения плодоножек у различных плодов при их собственных колебаниях (у яблок максимальной усилие в плодоножке при собственных колебаниях равно 0,20 кгс, при отрыве плодоножки от ветви 2,35 кгс, у слив соответственно 0,08 и 1,3 кгс, у вишни и черешни 0,01 и 1,4 кгс) позволили высказать гипотезу о том, что наибольшее значение силы инерции в результате действия собственных колебаний плода при его уборке вибрационным способом составит не более 10% от наибольшего значения силы инерции в результате его вынужденных колебаний.

 

 

С использованием последних выражений на ЭВМ «Наири» проведены необходимые расчеты по определению амплитудное частотных режимов колебаний точки подвеса для отрыва плода. Расчеты выполнены для тех же плодов и с теми же размерномассовыми показателями, что и при расчете режимов колебаний точки подвеса с учетом наличия собственных колебаний плода.

В результате расчетов получены; для вишни и черешни частота колебаний 900—1200 циклов в минуту при амплитуде 20—30 мм, для слив, миндаля и орехов — 620—850 циклов в минуту при амплитуде 40—50 мм, для яблок и груш — 500—600і циклов в минуту при амплитуде 20—40 мм.

Сравнивая результаты расчетов необходимых режимов колебаний точки подвеса плода для его отрыва, видим, что расхождения по частоте колебаний составляют 10—15%, а расхож-

дения по амплитуде колебаний отсутствуют. Таким образом, гипотеза полностью подтвердилась. Собственные колебания плода увеличивают динамические силы его отрыва на 10—15%.

Наличие большого числа случайных факторов при уборке плодов (расположение плодов на ветвях, характер их прикрепления, разница в размерно-массовых характеристиках плодов на одном дереве, кривизна ветвей и т. д.) дает основание полагать, что при прогнозировании необходимых режимов колебаний точки подвеса плода для его безусловного отрыва могут быть рекомендованы в первом приближении при расчетах составляющих сил инерции,выражения (15).

На основании анализа имеющихся материалов по отрыву плода, а также собственных исследований можно сказать, что в настоящее время в первом приближении создана теория отрыва плода при вибрационной уборке. Однако необходимы дополнительные теоретические исследования, чтобы предложить теорию, полностью отвечающую требованиям при создании плодоуборочных машин различного принципа действия.

Экспериментальные исследования показывают достаточно высокую сходимость результатов по частотно-амплитудным режимам для безусловного отрыва плода, подсчитанным по простым формулам и полученным опытным, путем.

Усложнение математических моделей путем представления системы плод — плодоножка в виде двойного физического маятника с торсионными пружинами в месте стыка плодоножки с плодом и ветвью приводит к получению более точных результатов по необходимой частоте и амплитуде колебаний точки подвеса плода для его отрыва. Однако сами же исследователи таких систем приходят к выводу, что можно в качестве модели принимать простой физический маятник, так как несовпадение требуемых для отрыва плода частот не превышает 15%.

Упрощенные формулы для расчета условий отрыва плода, полученные для углов отклонения плода до 3° от вертикали, могут быть с небольшой погрешностью применены, по данным американских ученых, для углов отклонения до 1 рад, по исследованиям автора — до 45°.
 

 

 

 

 

 

 

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