автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Адаптивные захваты штамбовых стряхивателей плодоуборочных машин

О

На правах рукописи УДК 631.358:634.22

о>

I

ДРАНЫЙ Александр Владимирович

АДАПТИВНЫЕ ЗАХВАТЫ ШТАМБОВЫХ СТРЯХИВАТВЛЕЙ ПЛОДОУЮРОЧНЫХ МАШИН

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

дассертациа ва соиснаняе ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1997

Работа выполнена во Всероссийском селекционно-технологическом институте садоводства и питомниксводства {ВСТИСП), г, Москва.

Научный руководитель: член-корр. РАСХН, доктор технических

наук, профессор УТЮВ Ю.А. Официальные оппоненты: академик ИДУ, доктор технических наук,

Ведущее предприятие: Инженерный центр "Садпитомникмаш" Всероо-

Защита состоится 24 июня 199? г, в ic£2 на заседании диссертационного совета К 020.20.02 во Всероссийском селекционно-технологическом институте садоводства и питомниководства. Адрес: II5598, Москва, Еиршево-Загорье.

профессор ХАЙЛИС Г.А. кандидат технических наук, старший научный сотрудник ИЛЬИН В. В.

сийского научно-исследовательского института садоводства (г. Мичуринск)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВСТИСП, Автореферат разослан " М » m¿i¿l тод7 г.

ч

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических I старший научньи сотрудник

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Решить проблему комплексной механиза-и всех производственных процессов щи возделывании плодовых льтур позволяет применение высокопроизводительных почвообра-1тывагацих и посадочных машин, машин для защиты растений и внешня удобрений; уборки, погрузки, транспортировки и товарной ¡работки плодов. В технологическом процессе производства плода наиболее трудоемкой является уборка урожая. Применение убо-1чннх машин позволяет повысить производительность труда в 3,712,6 раза и снизить эксплуатационные затраты на 30-50$ по авнению с уборкой вручную.

Известные плодоуборочныв машины при работа вызывают поведения штамбов деревьев в месте передачи возмущающих усилий, «ерируемых стряхиватзлем и распределяемых по площади контак-I подушек захвата со штамбом. Основная причина повреддений •амбов при механизированной уборке - превышение допустимых гатактных давлений и касательных усилий на юру, создаваемых хватом..

В овязв с этим являются актуальными исследования, направ-шшо на разработку и создание новых захватывающих устройств, ¡особных при минимальных повреждениях передавать деревьям уси-[я, необходимые для высокопроизводительного съема урожая пло-1вых культур»

Цель работа. Исследование технологического процесса взаи-действия адаптивных захватов стряхквателей со штамбами плодо-IX деревьев и обоснование их параметров.

Объект исследований - адаптивные захваты штамбовых стряхи-телей, оборудованные подушками переменной жесткости, и техно-

логический процесс взаимодействия их со штамбом при вибрационном съеме плодов.

Методика исследований. Исследования проводились путем теоретического анализа и экспериментов, выполненных в лабораторных и полевых условиях. В работе проведено математическое моделирование определяющих процессов с решением задач на ЭВМ. Результаты исследований обработаны с использованием теории вероятностей и методов математической статистики,-

Научная новизна исследований. В работе теоретически и экспериментально доказана эффективность применения адаптивных захватов штамбовых стряхивателей, обеспечивающих высокопроизводительный съем плодов при минимальных повреждениях деревьев; предложена методика определения допустимых нормальных давлений на штамб с учетом функционирования коры как биологического объекта; разработана математическая модель процесса взаимодействия подушек различных типов со штамбом плодового дерева; предложена методика идентификации коэффициентов упругоокг. подушек; обоснованы принципы подбора материалов эластичной оболочки в заполнителя адаптивной подушки; предложен способ экспериментального определения эффективности передачи возмущающих усилий через различные типы подушек.

Практическая значимость работы. Разработан технологический процесс взаимодействия со штамбом плодового дерева адаптивного захвата, оборудованного подушками переменной жесткости. Обоснованы параметры подушек захвата с учетом возможного применения их на страхователях плодоуборочных машин (комбайнов) МПУ-1А.ВУМ-15А НПУ-2, КПУ-2А без внесения каких-либо конструктивных изменений и нащшения установленной по ТЗ ширины раскрытия захвата. По ре-

зудьтагам исследований созданы экспериментальные образцы адаптивных подушек, применение которых позволяет уменьшить давление на кору в 2,1-3,8 раза при увеличении эффективности передачи возмущающих усилий до 98,9$. Уровень интенсификации по критерию энергозатрат при использовании адаптивных захватов составит 18$.

Реализация результатов исследований. Основные положения работы доложены на заседании Межведомственного экспертного совета по реализации программы создания машин и оборудования для отрасли растениеводства в используются при разработке конструкции отряхивателя машины для контурной образкя деревьев со сменными рабочими органами для работы в садах.

Апробация работы. Результаты исследований обсуждены и одобрены на: отчетной конференции преподавателей и аспирантов Львовского СХИ по)- итогам научно-исследовательской работы в 1993 г. (г. Дубляны, 1994 г.); научно-производственной конференции "Современные проблемы и перспективы развития садоводства" (г. Винница, 1994 г.); Всероссийском совещании "Молодые ученые-садовод-ству России" (г. Москва, 1995 г.); на заседаниях секции механизации ВСТИСП (г. Москва, 1994-1997 г.г.).

Публикация результатов исследований. Основные положения диссертации опубликованы в восьми работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка иопользованной литературы и приложений. Общий объем работы составляет ЛдА стр., из которых на - ££ шсунков, на /2 сто. - // таблиц, на 2 стр. -список использованной литературы, состоящий из 68 наименований (из них ¿>~ на иностранных языках)и на 6 стр. - Л приложений.

(ЗДЕШНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность работы, изложены осно ные положения, которые выносятся на защиту.

В первой глазе - "Состояние вопроса и задачи исследований проведен анализ средств для механизированной уборки плодов, ад лез рабочих органов плодоуборочных машин, контактирующих с пло' допой древесиной, и средств для защиты деревьев от повреждений включая работы Варламова Г.П., фльчяева Б.Х., Четвертакова A.j Долгошеева A.M., УтковаЮ.А., Демидко М.Е., Кротова A.M., Eepci штейна И.Б., Бычкова В.В., Бабия В.П. ж др. По всем публикации оценены существующие способы и средства для уборки плодов, а также пути снижения повреждений коры штамба дерева рабочими органами плодоуборочных машин. Изложен обзор исследований размерных и физико-механических свойств плодовых деревьев, закономерностей взаимодействия рабочих органов плодоуборочных машин со штамбом, влияния механизированной уборки на дальнейший рост и плодоношение сада.

Установлено, что одним из наиболее эффективных способов защиты деревьев от повреждений следует считать применение подушек переменной »емкости, позволяющих при охвате штамба формирс вать пятно контакта достаточно большой площади и копировать поверхностные неровности коры, а в процессе съема плодов аффективно передавать возмущающие усилия стряхнвателя. Поскольку отсутствуют конкретные теоретические модели, реально отражающие особенности процесса передачи возмущающих усилий штамбу через различные типы подушек, то необходимы теоретические и экспериментальные исследования, направленные на Создание захватов, обеспечивающих защиту деревьев от повреждений при механизирован

ом съеме плодов.

Во второй главе - "Рабочая гипотеза, объект, цель и зада-и исследований"-на основании выводов, приведенных в первой лаве, в качестве наиболее перспективного направления была выб-ана разработка и совершенствование захвата стряхивателя по пу-и придания ему свойств адаптивности за счет оборудования по-ушками переменной жесткости.

Представлен вариант конструкции адаптивпой подушки (рис. I), меющей корпус 2 с эластичной оболочкой и помещенный внутри ее ыпучий материал 3. Для изменения степени заполнения оболочки

Рис. I. Подушка переменной жесткости:

I- эластичная оболочка; 2- корпус; 3 -сыпучий материал; 4- уплотнитель; 5- поджимная пластина; 6- контргайки; 7- регулировочные винты; 8- упор; 9- основание; 10- зацепы.

гстановлена поцршмпая пластина 5 с уплотнителями 4, регулировоч-[ыми винтами 7 и контргайками 6. Поскольку в процессе работы по-[ушка подвергается динамическим нагрузкам высокой интенсивности,

то для исключения деформаций корпуса, приводящих к систематическим ошибкам в процессе лабораторных и полевых исследований, между корпусом и основанием установлен упор 8. Габаритные размеры подушек, указанные на рис. I, позволяют при помощи зацепов 10 устанавливать их на захватах плодоуборочных машин МПУ-1А.ВУМ-15А и комбайнов КПУ-2 и КПУ-2А.

При прижатии адаптивной подушки к штамбу происходит перераспределение сыпучего материала в полости оболочки, сыпучий материал занимает весь свободный объем подушки, происходит формирование пятна контакта. Поскольку оболочка эластична, а сыпучий материал имеет низкий коэффициент внутреннего трения, то происходит эффективное копирование поверхностных неровностей коры, давление равномерно распределяется по всей площади контакта.

В процессе стряхивания плодов под воздействием динамических усилий сыпучий материал уплотняется, площадь пятна контакта увеличивается, жесткость адаптивной подушки резко возрастает. В результате достигается максимальная эффективность передачи возмущающих усилий, способствующих повышению эффективности съеш плодов и уменьшению времени вибрационного воздействия.

После освобовдения штамба плотность сыпучего материала снижается, оболочка под воздействием реакции сжатого- заполнителя возвращается практически к исходной форме.

В соответствии с поставленной целью сформулированы следую' щие задачи исследований.

1. Изучить структуру, размерные показатели и физико-механические свойства штамбов плодовых деревьев, необходимые для проектирования захватов.

2. Исследовать основные упругие и дассипатнвные характерно-

тики адаптивных подушек и подушек, применяющихся на существующих плодоуборочных машинах и комбайнах МПУ-IA, ВУМ-15А, КПУ-2, КПУ-2А.

3. Создать математические модели и проанализировать процессы взаимодействия различных типов рабочих органов плодоубошчных машин со штамбами плодовых деревьев.

4. Провести сравнительный анализ адаптивных и применяющихся подушек по основным критериям (давление на штамб, степень равномерности распределения усилий по площади контакта подушек со штамбом, потери энергии при передаче возмущающих усилий).

5. Создать образцы адаптивных подушек захватов,обеспечивающих защиту штамбов от повреждений при сохранении регламентированной полноты съема плодов.

6. Провести экспериментальную проверку результатов, выполненных теоретических изысканий.

7. Провести производственные испытания образцов адаптивных захватов и выполнить расчет энергетической эффективности их применения.

В третьей главе - "Физико-механические свойства штамбов плодовых деревьев и подушек захватов" - рассмотрены основные физико-механические свойства штамбов, необходимые для проектирования захватных устройств, а также упругие и диссипативные характеристики исследуемых типов подушек захватов. Объектом исследований служили плодовые деревья девяти- четырнадцатилетнего возраста яблони сортов Спартак, Айдаред, Антоновка, Мекскурье, Слава Победителям, слйвн Донецкая ранняя и Венгерка;а также подушки захватов плодоуборочных машин (комбайнов) МПУ-IA, Ш1У-2, БУМ-15А и созданные адаптивные подушки.

Установлено, что высота штамба для деревьев разных сорто--возрастных групп изменяется в довольно широких пределах (в сре, нем от 610 мм до 811 мм для яблонь и от 535 мм до 734 мм для де ревьев сливы) и не всегда соответствует требованиям, предъявляемым к насаждениям, приспособленным к механизированной уборке, согласно которым ст должна составлять не менее 700 мм. Диаметр штамбов для исследованных деревьев косточковых культур составлю ет в среднем 110-120 мм, для семечковых этот параметр изменяете; в более широких пределах (105-182 мм).

Для исследованных деревьев сливы отклонения от окружности в поперечном сечении штамба вдоль рада на высотах 0,3-0,7 м, т.е. в местах наиболее вероятного контакта о подушками захватов составляют 10-15 мм. Для яблони указанный параметр находится в пределах 13-29 мм. Отклонения от линейности продольных профилей штамбов составляют в среднем 30-50.мм.

Определение статического предела прочности коры при нормальном сжатии проводилось с учетом того, что появление обратимых упругих высокоэластичных деформаций, возникающих при первоначальном приложении механической нагрузки,'влияет на функциональные способности коры и камбия. Результаты многолетних экспериментов свидетельствуют, что сообщение коре штамба плодового дерева давледо, 1,14-2,12 МПа на протяжении одного-грех лет не приводит к правлению видимых повреждений. Незначительные повреждения поверхностного слоя коры, наблюдавшиеся при четырехкратном нагружении, .не ллшпот на дальнейший рост и плодоношение дерева. Передача ..коре штамба давления 2,12-3,10 МПа при одно-двухкратном нагружении сопровождалась незначительными повреждениями. При трех- четырехкратном нагружении отмечено появление

фещин, отслоение поверхностного слоя кори, образование наростов, сопровождавшееся потерей влажности коры, камбия и древесина Нагрузки свыше 3,10 МПа неизбежно сопровождаются поврезде-1иями коры, камбиального слоя и древесины, полной потерей вдаж-юсти, отслоением коры, оголением и расслоением древесины в точках контакта индентора со штамбом.

Упругие и диссштативные характеристики исследуемых типов юдушек определялись в лабораторных- условиях с использованием лабораторного пресса и реверсивного приспособления, в которое хомещались исследуемые подушки и имитаторы штамбов различных циаметров. Построенные по результатам экспериментов кривые изменения деформации при нагружении и разгружешга (рис. 2} позволяют судить об упругих и диссипативных свойствах различных типов поду-аек.

гружении щдентором диаметром 200 мм: 1- для подушек МПУ-1А} 2- для подушек ВУМ-15А; 3- для подушек Ш1У-2; 4- для адаптивных подушек пр! свободном объеме оболочки 15, 2-104 мм .

Для последующего теоретического анализа процесса взаимодействия различных типов подушек захватов со штамбами был 008-дан банк данных изменения величины деформации в зависимости от силы внедрения штамба в подушу при фиксированных значениях трех основных параметров; радиуса подушки, радиуса штамба, объема незаполненной части подушки.

В четвертой главе - "Теоретический анализ процесса взаимодействия подушек захватов со штамбами плодовых деревьев"- приведены геометрические модели системы "подушка-^тамб"; рассмотрены элементы механики сжатия сыпучего материала в корпусе подушки; проведено математическое моделирование процесса взаимодействия подушек различных типов со штамбом дерева.

Методами аналитической геометрии получены уравнения для определения площади контакта цилиндрических и плоских подушек оо штамбом и объема, втесненного при внедрении штамба в подушку. Установлено, что при использовании цилиндрической подушки величина указанного объема составит _

¿у I (1)

О о ¿-Ш-г*

где X, у , 2 - координаты точек, ограничивающих пятно контакта;

- радиус цилиндрической подушки;

йш - радиус штамба;

с1 - расстояние от оси подушки до оси штамба; а площадь пятка контакта _

Лу ЪВш/Я5=ж*<1г ; (2)

о о ■

При взаимодействии оо штамбом плоской подушки площадь пятна их контакта ■_

52 = 2Ийш ; (3)

К ш

где к я Ь - соответственно высота и толщина подушки.

Анализ закономерностей сжатия сыпучего материала в цилиндрической оболочке проводился при допущениях: I) штамб - абсолютно жесткое тело, поэтому усилие нагружения Р полностью передается на подушку; 2) боковые и задняя стенки корпуса подушки абсолютно жесткие; 3) эластичный материал оболочки нераотяжим; 4) оыпучий материал равномерно распределен го объему подушки.

На элемент массы сыпучего материала действуют (рис, 3): сжимающая сила рассматриваемого слоя £ ¿(уйш ; силы бокового распора рассматриваемого ра^с/г /ь , верхнего и низшего А слоев, нормальная // , касательная Г

я вертикальная У силы.

ментарную призму сыпучего материала.

Нормальное давление сжимаемого материала р^ направлено противоположно Л' и равно (рис, 4):

Ры = =р(С05г£ * ; шрсо^р)- (4)

касательное давление направлено противоположно Г и составляв!

рг = = яГ- «»/О;

а вертикальное

(5)

(6)

где £ - коэффициент бокового распора.

Учитывая, что {рг-р() 0 , полное давление сыпучего материала на элемент оболочки и, следовательно, на штамб

Вектор отклонен от нормали на угол

(8)

41

Рис. 4. Распределение действувдих в горизонтальной плоскости давлений

- 1о -

С учетом того, что угол % должен быть меньше угла у> трения заполнителя об оболочку или угла (ра внутреннего трения заполнителя, а угол уЗ может изменяться в пределах ,

. (9)

Из механики сыпучих сред известно, что $При у>>% полученное неравенство принимает вид

^»«^Г*-?;. и»)

Для решения этого неравенства были найдены корни уравнения

~ г) на ИНТ61ЭВале "§"] • Установлено,

что неравенство (10) справедливо при % 0,408 рад. Поэтому при подборе материалов оболочки и заполнителя необходимо учитывать, что угол трения заполнителя об оболочку должен быть больше угла внутреннего трения самого сыпучего материала, а если данное условие технически достигнуто быть не может, то необходимо материал подушки подбирать так, чтобы коэффициент трения сыпучего материала до нему был не больше коэффициента бокового распора заполнителе.

Исходя из указанных соображений был осуществлен подбор материалов по их физико-механическим свойствам.

При математическом моделировании процесса .учитывалось, что существует предельное значение объема V/ , определенного по формуле (I), для конкретного значения /?ш (рио. 5).

В результате анализа садовых факторов рассматриваемого процесса определено усилие, необходимое для внедрения штамба в подушку на заданную глубину:

У' г.

где а - константа, характеризующая свойства заполнителя; £ - относительная деформация сыпучего материала.

V чф*?

А

г

О го 40 р„6О во /00 Рщмм

Рис. 5. Зависимость продельного свободного объема подушки от радиуса штамба при радиусе подушки Ия » 55 ми

Коэффициент' неравномерности распределения давления по пятну контакта определялся как отношение давления в максимально нагруженной точке ртх к среднему рСр . Величина ртх составляет dd.

где р0 и d0 - соответственно усилие и расстояние ыедду осями подушки в шгамба, при которых начинается уплат нение заполнителя;

а рСр - отношение обобщенной силы Р к площади 5 пятна контакта.

^ f [ +

: (I3)

Поскольку одними из важнейших факторов, обуславливающих »осматриваемый процеос, являются упругие свойства системы "сы-[учий материал-оболочка", характеризующиеся параметрами а и р0 , "О для их определения была предложена следующая методика.

I. Предполагается, что й постоянно и не зависит от тех-[ико-конструктивных параметров. 2. На оонове экспериментальных [соледований создается банк данных изменения силы внедрения штам-1а в подушку в зависимости от величины деформации при фиксировании значениях радиусов подушки, штамба, объема незаполненной часта подушки. 3. Кйодый фрагмент банка данных идентифицируется на )ЕМ о аналитической зависимостью на предмет поиска значений а I р0 , при которых экспериментальная и теоретическая зависимоо-•и совпадают. 4. По результатам расчетов определяется значение а и находится зависимость ра от V при различных значениях Яп и Яш .

Во избежание субъективной оценки в принятия решения о сов-саденш экспериментальных и теоретических зависимостей был раз-¡аботан и реализован на Э0Л алгоритм идентификации. Программа «сститана на ПЭВМ РепИит 166 в среде Ма{Ьсай 6,0. Для ;альнейшего теоретического анализа использовались уоредаенные яачения предварительного давления, полученные в результате дентификации. ' ■ >

Определение силовых факторов в процессе сжатия резиновых яшшдрическйх а плоских подушек дозволило установить усилия р , [еобходимые для внедрения в них штамба на определенную глубину: для цилиндрической подушка

О о

для плоской подушки

; eis)

где С - коэффициенты упругости, идентификация которых проводилась согласно приведенной выше методике.

Для оценки неравномерности распределения давления по пятну контакта при использовании таких подушек получены формулы для расчета давления в максимально нагруженной точке:

Рчмох Яш - ä) ; (16)

+ (I?)

и для расчета обобщенной силы

dy dz - С18)

DO

P^chlii-d^RZ-lt-df+R* ascsin

Результаты расчетов, проведенных по полученным теоретическим зависимостям, позволили установить характер распределения давления в пятне контакта подушек исследуемых типов со штамбом, проанализировать коэффициент неравномерюсти распределения давления и изменения максимального давления в пятне контакта, определить оптимальное значение величины свободного объема адаптивной подушки.

Установлено, что при использовании адаптивной подушки в зоне предварительного пятна контакта в любом сечении вдоль оси штамба давление оказывается постоянным, при удалении от центрального сечения происходит его падение. Давление, в области, формируемой под действием возмущающих усилий стряхпвателя, резка сни-

жается от постоянного на границе пятна предварительного охвата до нуля. По окружности штамба происходит постепенное снижение давления от центра к границе пятна контакта как в зоне предварительного охвата, так и в формируемой области, причем независимо от сечения в зоне предварительного контакта закон изменения давления носит одинаковый характер. Чем вше от горизонтальной оси пятна контакта расположено сечение,тем резче происходит спад давления. Проведенный анализ показывает, что наиболее нагружена в пятне контакта область, расположенная вдоль вертикальной оси пятна контакта, а с удалением от этой .линии по окружности штамба происходит резгой спад давления до нуля (на границе пятна контакта). Вдоль этой оси давление начинает падать лишь начиная с границы пятна предварительного охвата штамба.

Распределение давления вдоль окружности штамба для всех исследованных типов резиновых эластичных подушек носит характер, близкий к параболическому. Наиболее предпочтительными по указанному параметру являются подушки комбайна КПУ-2, так как изменение значений рн носит более пологий характер (Рытх =2,28 МПа). Такая же закономерность (за исключением графиков для плоских подушек МПУ-1А, у которых давление в пятне контакта остается постоянным по всей высоте) прослеживается в характере изменения давления вдоль оси штамба.

Установлено, что подушки машин ВУМ-15А и комбайнов КПУ-2 (КПУ-2А) обладают высокой степенью неравномерности распределения давления ( Ктр >2 ),для подушек МПУ-1А 1,50-1,58; а для

адаптивных подушек существенное влияние на К)1ер оказывает величина Яш , уведочение которой ведет к значительному снижению Киер (рис. 6. а).

Анализ изменения максимального давления в пятне контакта показал, что наиболее неудачными (по указанному критерию) следует считать подушки машины БУМ-15А, создающие давление на штамб радиусом 50-60 мм в 2,4-2,5 МПа при Р « в нН, в то время как для подушек МПУ-1А при тех же условиях давление составляет 2,1-2,2 МПа (рис, б б). При использовании адаптивных подушек максимальное давление на штамб снижается до 1,45-1,55 МПа.

(5

2 ( .

3 -А-

-"V

Яах, МПа

Р*Н

О 4 <3 Р1 кМ О 4

о) 5)

Рис. 6. Зависимости коэффициента неравномерности распределения давления (а) и максимального давления (б) от величины возмущающего усилия при. Яш = 67,5 мм: I- адаптивные подушки; 2- подушки НПУ-2; 3- МПУ-1А; 4- ВУМ-15А

Установлено также, что вне зависимости от величины внешней нагрузки существует оптимальное значение степени заполнения адаптивных подушек, в котором кривая имеет минимум в

исоледуемом диапазоне V (рис. 7). Оптимальным значением следует считать диапазон 14,2*10* - 16,5'Ю4 мы3. В этом случае давление будет минимальным и составит 1,21-1,49 МПа.

Определение величины потерь энергии на деформацию и нагрев юдушек за один цикл динамического воздействия проводилось по гравнению

лР ± \с(Рс-*Р)-Ь<.Рс Хс

¿е

m

(20)

Дни,

МПа

/.550

1375

да Рс - статическое наг-»ужение; &Р - динамическая кала; Й; и '6( - коэффици-нты полинома третьей сте-ени, апроксимирущего равнения кривых нагруже-ия и разгрузки подушки; ^ Ас и Л/ - деформации по :ривоЙ нагружения соответ-твенно при Рс я (Рс*лР);

и А} - дефошагош по равой разгрузки при %+йР) и (Рс-лР): соот-етственно;

Результаты расчетов оказывают, что наибольшее оличество энергии при словом воздействии потоеб-шот подушки машины ВУМ-15А, наименшее - адаптивные одушки, соотношение потерь нергш составляет в зависимости от 6,4-7,2 раза. Увеличено радиуса штамба ведет к уменьшении потерь энергии, что обес-зчивает эффективное использование стряхивателей на деревьях гарших возрастных групп.

(200 ■ 70

5 /

1 2 /

\ 1 — / >

№

Рио. 7, Зависимости максимального

давления от свободного объема адаптивной подушки для штамбов радиусами: I- 67,5 мм; 2- 60 мм; 3-50мм.

В пятой главе - "Экспериментальные исследования рабочих органов стряхивателей плодоуборочных машин" изложены методики и результаты лабораторных и полевых исследований процесса взаимодействия захвата со штамбом, позволившие подтвердить и дополнить результаты теоретических изысканий. . .

Экспериментальное определение фоты и площади пятна контакта производилось по оттискам на масштабно-координатной бумаге, помещенной между подушкой.и имитатором штамба. Полученные экспериментальные' данные (табл. I) отличаются от расчетных на величину, меньшую 10$, для /?ш 60 мм.

Таблица I.

Площади контакта подушек со штамбами

Тип подушки

••Радиус штамба

:Дефоркация :подушки

Площадь контакта 5 к , мм^

:0тклоне-:ние, %

: я « ш »ММ & ,мм 'теоретич. •эксперим.'

50. 19,3 6882 5800 , 15,7.

МПУ-1А 60 19,3 7025 6400 8,9

67,5 19,1- 7168 6950 3,0

50 • 50,5 7871 6950 И,7

ВУМ-15А 60 49,0 8233 7650 7,1

67,5 48,8 8527 .-'• 8350 2Д

50 29,6 8933 7700 - 13,8 .

КПУ-2 60 27,7 9361 8550 8,7

67,5 27,3 9704 9050 6,7

адаптивные 50 7,3 12000 12950 7,3

У=15,2Ю*мм3 60 7,3 12660 13600 6,9

67,5 7,8 12700 13450 5,6 .

Расхождения при *= 50 мм объясняются деформациями областей подушки, близлежащими к пятну контакта, приводящими к умень-• шею® реальной площади. Поскольку отклонения для большинства штамбов не превышают допустимого для инженерных расчетов значения 10$, а уточнение расчетов-значительно усложняет созданные математические модели, то полученные в главе 4 зависимости можно считать приемлемыми для практического использования.

Вмонтированные в образцы штамбов и подключенные к комплекту измерительной аппаратуры датчики давления позволили исследовать давление в максимально нагруженной точке и характер распределения давления по площади пятна контакта. Полученные данные подтвервдают представленные в главе 4 результаты.

Максимальное динамическое давление в случае применения подушек машины ВУМ-15А составило 4,52 Ша, НПУ-2 - 3,32 Ша, МПУ-1А -- 2,54 Ша, что превышает допустимые значения, приведенные в главе 3. Адаптивные подушки снизили давление охвата штамба в 2,0-3,9 раза, а максимальное давление - в 2,1-3,8 раза.

Сравнение ускорений на штамбе дерева ж на корпусе стряхива-теля позволило определить эффективность передачи возмущающих усилий при использовании различных типов подушек захватов. Коэффициент передача возмущающих усилий для подушек машины ВУМ-15А составил 50,4%\ для МПУ-1А - 68,4$; для ШУ-2 - 71,6$. Применение адаптивных подушек со свободный объемом оболочки V =15,2* .•ДО4 мм3 позволило повесить исследуемый параметр до 98,9$.

В шестой главе - "Энергетический анализ технологического процесса съема плодов с использованием адаптивных захватов стря-хявателей" - изложены расчеты энергетической эффективности применения адаптивных захватов. Установлено, что при использовании

адаптивных захватов обобщенный уровень интенсификации составит 185?.

О НЯНЕ ВЫВОДЫ

1. Одним из наиболее эффективных способов защиты плодовых деревьев от повреждений в процессе механизированной уборки явля ется применение •подушек переменной жесткости.

2. Отклонения от окружности в поперечном сечении штамбов плодовых деревьев яблони и сливы различных сорто-возрастных груш находятся в пределах 10-30 мм, неровности продольной поверхности ".Тамбов составляют 20-50 мм, в связи с чем необходимо компенсировать данные особенности конструкцией захватов.

3. Сообщение коре штамба плодового дерева нормального давления: 1,14-2,12 МПа - не приводит к появлению видимых поврежде ней; 2,12-3,10 МПа - сопровождается незначительными повреждениями; свыше 3,10 МПа - неизбежно приводит к полной потере влажности, отслоениям коры, к оголению и расслоению древесины.

4. Подушка переменной жесткости должна иметь эластичную оболочку и быть заполнена сыпучими материалом, способным перераспределяться в оболочке при контакте со штамбом,"и снижать щи работе коэффициент диссипации,

5. Эффект переменной жесткости адаптивных подушек достигается за счет наличия незаполненного объема оболочки, что позволяет на этапе охвата штамба создать меньшую жесткость, чем у применяющихся на машинах ВУМ-15А, ШУ-1А и комбайнах КПУ-2 поду шек, а при передаче возмущающих усилий увеличить их жесткость.

6. При подборе материалов адаптивной подушки необходимо учитывать, что угол трения сыпучего материала об оболочку должен быть больше угла внутреннего трения самого сыпучего матерна

та, при условии, что последний превышает 0,408 рад. В противном глучае коэффициент трения сыпучего материала по материалу обо-гочки должен быть не больше его коэффициента бокового раслога. 1ля оболочки из изопреновой армированной резины на основе ЗКИ-ЗО наиболее подходящим заполнителем являются гранулы диаметром 3,5-4,5 мм из фторопласта 3, имеющие угол внутреннего тре-шя 0,531 рад.

7. Минимальная степень заполнения адаптивной подушки сыпу-1им материалом ограничивается размерными показателями штамба и юдуш'ки. Для подушки длиной 320 мм и радиусом 55 мм свободный збъем эластичной оболочки должен составлять не более З,0»10^мм3 I соответственно увеличиваться при увеличении радиуса штамба.

8. Максимальное давление в пятне контакта подушки со штам-5ом имеет место в его центре, а его уровень меньше для адаптивнее подушек по сравнению с подушками цалтнн МПУ-1А (лучшими из ¡бычных по указанному критерию) в 1,5 раза.

9. Теоретически обосновано и экспериментально подтвервде-ю, что применение адаптивных подушек позволяет снизить коэффициент неравномерности распределения давления в 1,1-1,5 раза, гричем с увеличением радиуса штамба его значение снижается более штеноивно, чем в случае применения других подушек*'

10. Оптимальным значением свободного объема оболочки адап-•ивной подушки по критерию минимизации максимального давления

1а штамб следует считать диапазон 14,2» - 16,5'10^ мм3.

11. Применение адаптивных подушек с оптимальным свободным «Зъемом эластичной оболочки дозволяет снизить максимальное ди~ [амическое давление на элемент штамба в 2,1-3,8 раза и доотичь ювшиения коэффициента передачи возмущающих усилий стряхивате-н штамбу до 98,9%.

12. Уровень интенсификации ори использовании адаптивных захватов от повышения урожайности составит 14%, от повышения периода промышленного плодоношения сада - 33£, от снижения затрат труда на заделку повреждений штамбов 795?. Обобщенный уровень интенсификация по приведенным критериям составит

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

I/ Стенд для исследования процесса ударного взаимодействия рабочих органов илодоуборочных машин со штамбом дерева (на укр. яз.)/ Инф. листок № 054-93 Н*Щ. Львовский ЦНТИ, 1993 (соавт. О.М.Крупич, Р.С.Шевчук, Р.И.Паславсккй).

2. Устройство для измерения давления (на укр. яз.)// Тез.отчете, конф. по итогам НИР за 1993 г. ЛГСХИ.- Львов, 1994. -С. 169-170. (соавт. Р.С.Шевчук, Р.И.Паславский).

3. Показатели и условия работы загветов пдодоуборочных цашш// Тег. докл. научи.-произв. кокф. Подольской опыта, оташош УвЦШИС.- Вшшнца, 1994.- С. I70-I7I (соавт. Р.С.Шевчук).

4. Средства защиты деревьев от повреждений при механизированной уборке плодов// Молодые ученые-садоводству России, Тез.докд. Всероссийского совещания,- М., 1995.- С. 253-257. .

5. Исследование параметров защитного фартука импульсных стряхи-вателей плодов// Плодоводство и ягодоводство России. Сб.науч. работ ВС1ИСП.-М., 1995.- С. 262-266 (соавт. О.Н.Круши, Р.С.Шевчук).

6. Новые коаструщиа захватов для илодоуборочных машин// Тракторы а о.х. шпшш, 1995,А И.- С. 34-35 (соавт. Р.С.Шевчук).

7. Исследование давления страхователей плодов на кору (на укр. я8.)//Механкзировашше процессы с.х. производства. Сб.науч.

работ ЛГСХИ.- Львов, 19^6,- С. 22-24 (ооавт. Р.С.Шевчук, О.М.ВЙППЯ, Р.П.Сьга). , Опенка оостояния коры штамбов плодовых деревьев при работе плодоуборочннх машин//Шгодсводство к ягодоводотво Россия. Сб.науч. рабо? ВСТИСП.-П., 19$6.- С. 234-236 (соавт. Р.С.Шввчук).

*откаво а печать г.печ.'л.

О^ШЩ Згхг! Р

Тщетг //5".

Тнтгогргфгг Росееяьхсгзггдемия