Сельское хозяйство/ 2. Механизация сельского хозяйства

Д. с.-х. наук Догода П.А., д. техн. наук Степанов А.В., ст. преподаватель Степанова Е.И.

Южный филиал «Крымский агротехнологический университет» Национального аграрного университета, Авт. Республика Крым, Украина

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ АГРЕГАТА ДЛЯ СБОРА ТОМАТОВ АУО-14 НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И ВЫГРУЗКИ ПЛОДОВ

Постановка проблемы. Овощеводство – одна из наиболее сложных и трудоемких отраслей сельского хозяйства. Уборка и послеуборочная доработка урожая большинства овощных культур механизированы лишь частично. Неодновременно созревающие культуры, в частности томаты, требуют выборочной уборки вручную, при этом допускается механизация транспортировки по полю и загрузки в транспортные средства.

Здесь важно отметить, что существующая техника для уборки томатов, используется для сплошной разовой уборки, преимущественно для консервирования.

Экспериментальный агрегат АУО-14, предназначается для уборки овощей многократно, по мере созревания, хотя и механизирует ручной труд сборщиков лишь частично. Доводка технической конструкции агрегата до серийного производства требует его усовершенствования с учетом физико-механических свойств плодов овощей, а также на основе моделирования процессов их (плодов) перемещения по транспортирующих узлам.

Анализ последних исследований. В настоящее время известны такие машины для уборки томатов как: самоходный томатоуборочный комбайн СКТ-2, который предназначен для сплошной разовой уборки равномерно созревающих сортов томатов, преимущественно для консервирования и его модификация – комбайн СКТ-2А, которые предназначены для сплошной разовой уборки. Комбайны самоходные томатоуборочные Bargam B/RP-4×4-AL и Guaresi G89-93 импортного производства полностью механизируют процесс уборки томатов.

Предварительный обзор используемой для сбора томатов техники показывает, что в основном применяемые механизмы предназначены для разового сбора урожая и практически выборочный сбор невозможен. Импортные комбайны весьма дорогостоящие при покупке и являются довольно затратными при ремонте и обслуживании. К тому же, масса обоих комбайнов довольно внушительна, а их эффективность в условиях относительно пересеченной местности Крыма кажутся сомнительными. В этом плане навесные конструкции обладают значительными преимуществами.

Цель исследования. Одними из наиболее важных конструктивных параметров агрегата, а именно его центральной части, являются высота вылета стрелы выгрузного транспортера, а также скорость ленты. Учитывая допустимую высоту падения, обеспечивающую определенную степень повреждения овощей при свободном падении на твердую поверхность, с учетом стандартной высоты прицепа, необходимо определить допустимую высоту вылета стрелы выгрузного транспортера.

Основной материал исследования. Предназначенный для ликвидации ручного труда по выноске убранного урожая овощей с поля и погрузке его в транспортное средство агрегат для уборки овощей АУО-14 состоит из трех основных частей: центральная часть с выгрузным транспортером и два боковых ленточных транспортера. Центральная часть представляет собой сварную раму прямоугольной формы, на поверхности которой закреплен каркас выгрузного транспортера, рабочим элементом которого является резиновая лента с выступами высотой 16 мм. Ширина ленты составляет 600 мм. Транспортер имеет горизонтальную и наклонную части (см. рис. 1., 2.). Горизонтальная часть находится под плодоприемником, а наклонная часть под некоторым углом и входит в пределы объема кузова, прицепного сзади агрегата тракторного прицепа. Внизу рамы центральной части агрегата закреплены два опорных колеса, а в передней части кронштейны для соединения с тягами механизма задней навески трактора [1].

Рис. 1. Агрегат АУО-14 во время уборки овощей	Рис. 2. Агрегат АУО-14 во время перемещения между участками

Основные преимущества агрегата: легкость конструкции и возможность применения в многоразовой выборочной уборке плодов по мере созревания. Изготовленный экспериментальный образец агрегата показал, что наиболее актуальными моментами проектируемой конструкции являются:

1. Переходный узел между горизонтальными боковыми транспортерами и центральной частью, где наблюдается скопление плодов (см. рис. 3.). Предполагается разработка поверхности желоба, осуществляющего подачу плодов на центральную часть.

2. Центральная часть (подбор угла вылета и скорости движения ленты). Здесь необходима разработка модели поведения плодов овощей на поверхности ленты во время ее движения и одновременного движения агрегата (задача виброперемещения).

Для проектирования переходного узла с горизонтальных транспортерных лент на центральную часть рассмотрен желоб в форме наклонной плоскости и гипоциклоиды. Подбор формы и геометрических параметров конструкции рассматривался с точки зрения минимизации энергии удара плода о поверхность и кинетической энергии вылета на центральную часть.

Рис. 3. Скапливание плодов томатов в переходном узле агрегата.

1. Наклонная плоскость.

Формулы движения плода по наклонной поверхности (в плоском случае) получаются из уравнения прямой в системе в параметрической форме.

Уравнение прямой с угловым коэффициентом: . Координаты: , . Тогда:

Параметрические уравнения прямой , примут вид:

(1)

Координаты промежуточной точки : Энергия удара в точке равна кинетической энергии плода: , где скорость боковых транспортерных лент. Составляющие скорости плода в точке :

Следовательно: . Отсюда: – энергия удара в точке (перехода из «ямы» на центральную часть агрегата).

Заметим, что при весьма незначительной энергии удара в точке и в точке условие – «минимум времени контакта» здесь не выполняется. Для его выполнения следует отражатель конструировать с криволинейной направляющей класса брахистохрон [2].

2. Гипоциклоида. По определению – гипоциклоида – это плоская кривая, описываемая точкой окружности, катящейся по другой окружности и имеющей с ней внутреннее касание.

Схема конструкции отражателя в форме гипоциклоиды приведена на рис. 6.

Гипоциклоида (кривая ) в параметрической форме имеет вид:

(2)

где радиус катящейся окружности, радиус неподвижной окружности, угол, стягиваемый дугой между точками касания окружностей (рис. 5.). Величина модуля определяет вид кривой. При кривая состоит из непересекающихся частей. На рис. 5 . Для рис. 6. , , фиксировано и равно .

Находим далее энергию удара в некоторой фиксированной точке . При фиксированном , находим значение параметра из уравнения:

Получено квадратное уравнение относительно , дискриминант которого имеет вид: и решение: . Таким образом:

Отсюда, энергия удара в точке :

, (3)

где скорость боковых транспортерных лент. Составляющие скорости плода в точке (см. рис. 6.):

Откуда:

Энергия удара в точке :

Гипоциклоида относится к так называемым циклоидальным кривым, которые в свою очередь относятся к кривым скорейшего спуска – брахистохронам. Если такая кривая параметрически описывается соотношениями:

то: .

Это условие обеспечивает минимальный по времени контакт плода с поверхностью отражателя. Дополнительно, при контакте плода с поверхностью, должен обеспечиваться неупругий удар. Для этого конструкция поверхности имеет два слоя (рис. 7.).

Как отмечено выше, важным конструктивным параметром агрегата, а именно его центральной части, является высота вылета стрелы выгрузного транспортера, а также скорость ленты центральной части. Здесь плоды падают в кузов прицепного агрегата и испытывают наибольшие повреждения. Высота вылета подбирается с учетом реологических особенностей овощей. После загрузки некоторого их количества, овощи будут падать на определенный слой. Учитывая допустимую высоту падения, обеспечивающую определенную степень повреждения овощей при свободном падении на твердую поверхность, с учетом стандартной высоты прицепа, можно определить допустимую высоту вылета стрелы выгрузного транспортера: , где коэффициент смягчения удара при падении овощей на слой (см. рис. 8.).

Значения величин и могут быть определены экспериментально для каждого типа овощей, их вида и состояния технической зрелости. С учетом допустимой высоты падения, скорость овоща: . Тогда:

, (4)

или

. (5)

Допустимая высота падения овощей в кузов зависит не только от гравитационных сил, но и от инерционных сил, возникающих при их движении по транспортеру. Поэтому необходимо определить допустимую скорость движения транспортера с учетом инерционных сил и геометрических параметров кузова.

Падение овоща с транспортера в кузов подобно падению тела, брошенного с начальной скоростью с высоты под углом . Скорость транспортера при малых значениях определяется формулой:

, (6)

где скорость падения овоща [м/с]; радиус шкива транспортера [м]; угол наклона транспортера [град].

Уравнения движения плода при его падении примут вид:

.

Далее окончательно, получим траекторию падения:

. (7)

Проекция скорости на оси координат:

.

Время падения овоща на дно прицепа обозначим . При значение . Тогда

,

откуда

. (8)

Проекция скорости движения овоща в момент удара равна

.

Скорость овоща в этот момент составит

. (9)

Подставляя в (9) значение скорости транспортера, получим:

. (10)

Кинетическая энергия системы «овощ – дно прицепа» в начале удара

,

в конце удара

,

где масса прицепа, скорость прицепа в начале удара; скорость прицепа в конце удара. Считая в относительном движении прицеп неподвижной системой с большой массой , получим величину потери энергии при ударе:

. (11)

При частично упругом ударе скорости до и после удара связаны соотношением

,

где коэффициент восстановления при ударе, который проще определять опытным путем. Таким образом (11) преобразуется к виду:

или

.

С учетом (6), окончательно получим:

.

Далее определим скорость транспортера центральной части агрегата. При , , уравнение (7) примет вид:

или .

Подставляя полученное в (9) значение , получим скорость при падении овоща на дно прицепа. Таким образом, полученные два различных значения скорости ленты транспортера центральной части агрегата, определяют оптимальное значение скорости в интервале:

Выводы:

1. С учетом условий минимума энергии удара плодов, получена оптимальная форма желоба переходного узла горизонтальной и центральной частей агрегата с направляющей в виде гипоциклоиды.

2. Аналитически получена интервальная оценка скорости ленты центральной части агрегата АУО-14. Поучаемое при этом, допустимое значение скорости, определяет приемлемый угол вылета стрелы центральной части.

3. Полученные допустимые области значений скорости и угла вылета центральной части обеспечат оптимальные, с точки зрения снижения повреждаемости овощей, режимы работы узлов агрегата.

Литература

1. Протокол № 3-24-05 (1180105) государственных приемочных испытаний агрегата для уборки овощей АУО-14. – Херсон, 2005. – 24 с.

2. Математическая энциклопедия / И.М. Виноградов (глав.ред.)[и др.], Т.1. – М.: Советская Энциклопедия. – 1977. – 1152 с.

Анотація

УДК 631.3.022: 634.8

Догода П.А., Степанов А.В., Степанова Е.И. Щодо задачі визначення конструктивних і динамічних параметрів центральної частини агрегату АУО-14.

Найбільш важливішими конструктивними параметрами центральної частини агрегату для збирання овочів є висота виліту стріли вивантажувального транспортеру, а також швидкість його стрічки. Пропонуються аналітичні залежності та інтервальні оцінки, з яких можуть бути підібрані їх оптимальні значення.

SUMMARY

UDC 631.3.022: 634.8

Dogoda P.A., Stepanov A.V., Stepanova E.I. To the problem of defining of constructive and dynamic parameters of the central part of the unit АУО-14.

The most important design data of the central part of the unit for vegetables harvestеr are height of a start of the conveyor, and also speed of its tape. The analytical dependences and interval estimations for selection of their optimum meanings are offered.