Обоснование зоны отгрузки кочанов капусты на гибком настиле при машинной уборке

Введение. При отгрузке капустоуборочным комбайном в кузов сопровождающего транспортного средства кочаны повреждаются в значительной степени [1].

В этой связи предложен новый способ машинной уборки кочанной капусты (пат. РФ №2554403 [2]) в щадящем режиме [3] на базе капустоуборочного комбайна МКК-1 (рис. 1), разработанного в Чувашской ГСХА совместно с ЗАО «Техма» группы компаний «Техмашхол-динг» (г. Чебоксары).

В отличие от традиционного способа уборки капусты, сначала кочаны отгружают капустоуборочным комбайном 1 на гибкий настил 2 корытообразной формы, установленный на специальной стойке над съемными контейнерами в кузове сопровождающего транспортного средства 3 (рис. 2). Причем отгрузка кочанов на гибкий настил производится с помощью специального устройства (пат. РФ №2527025 [5]), содержащего жесткий поддон 5 , установленный под горизонтальной частью элеватора 6 комбайна параллельно траектории движения его скребков 7 , упругий лоток 8 , закрепленный к задней кромке поддона с возможностью свисания свободным концом; гибкий фартук 9 , подвешенный сверху шарнирно в зоне выгрузки так, чтобы между фартуком и лотком образовалась клинообразная, сходящаяся книзу щель.

Рис. 1. Общий вид капустоуборочного комбайна МКК-1 [5]

В данном устройстве кочаны, отрываясь от элеватора, сначала падают на упругий прорезиненный лоток, далее проходят через клинообразную щель, раздвигая гибкий фартук. При этом они в значительной степени теряют кинетическую энергию, совершая работу сил трения и упругих деформаций лотка и фартука. Следо- вательно, их укладка на настил осуществляется при минимальной скорости падения.

Далее рабочие, находясь на платформе кузова транспортного средства, бережно перекладывают кочаны капусты в контейнеры 4, ориентируя кочерыгами в сторону бортов.

В целях обеспечения в максимальной степени сохранности продукции при новом способе уборки капусты необходимо предотвращать падение кочанов друг на друга в процессе отгрузки на гибкий настил. Следовательно, кочаны капусты после падения на гибкий настил должны откатываться на безопасное место, откуда удобно было бы доставать рабочим при пере- кладке в контейнеры.

Цель исследований . Научное обоснование условий, исключающих падение кочанов друг на друга в процессе отгрузки на гибкий настил при

Задачи исследований:

• -    аналитически исследовать процесс перекатывания кочанов капусты после падения на гибкий настил;

• -    выявить уравнение кривой провисания гибкого настила, закрепленного на неподвижных

опорах, находящихся на разных уровнях;

• -    обосновать зоны отгрузки и накопления кочанов капусты путем анализа формы кривой провисания гибкого настила.

  новом способе машинной уборки капусты.

  
  
  
  

  Рис. 2. Новый способ машинной уборки белокочанной капусты в щадящем режиме

  
  

Методы и результаты исследований. Наиболее предпочтительным местом накапливания кочанов на настиле является его край, находящийся ближе к рабочим, на расстоянии их вытянутых рук. При этом зона отгрузки кочанов на настиле увеличивается и рабочим становится удобным доставать их. Для этого кромки гибкого настила следует располагать на разных уровнях, причем кромка, находящаяся ближе к капустоуборочному комбайну, должна быть выше дальней кромки (см. рис. 2).

Для выявления условия скатывания кочанов после падения на настил рассмотрим его предельное положение равновесия (рис. 3).

В предельном положении на кочан капусты будут действовать силы тяжести ^̅ и реакции ^̅ . Из-за местной деформации поверхности настила и кочана в зоне контакта сила реакции ^̅ окажется смещенной от его центра в сторону качения на величину k [6].

Рис. 3. Схема определения условия перекатывания кочана на гибком настиле

Разложим силу ̅ на составляющие G· sina иG· cosa . Тогда из равенства моментов получим где μ – коэффициент трения качения кочана капусты по прорезиненной поверхности гибкого настила.

Таким образом, кочан капусты будет скаты-

R ⋅ G⋅sinα= kN, где R – радиус кочана, α – угол наклона касательной к кривой провисания настила в точке падения кочана к горизонту.

Или с учетом N=G·cosα

G ⋅ sin α = G cos α .

R

Отсюда предельным условием равновесия кочана капусты на настиле является

k

tgα=  =µ,

R ваться после падения на настил при условии tgα〉µ. (1)

Заметим, величина угла α наклона касательной к горизонту зависит от координат z рассматриваемого сечения настила. Причем в пределах пролета AB настила условие (1) выпол- няется не во всех точках.

Таким образом, характер поведения кочанов после падения на настил зависит от места их падения и вида кривой провисания.

Для более полного представления о кривой провисания настила рассмотрим равновесие его в целом (рис. 4, а) и его части (рис. 4, б).

Рис. 4. Схема определения уравнения кривой провисания гибкого настила

Основной нагрузкой гибкого настила является собственный вес, распределенный по всей ширине равномерно с интенсивностью q. В точках закрепления А и В усилия, действующие в настиле, равны реакциям RA и RB. Представляя реакции опор в виде горизонтальных ( RAZ и RBZ) и вертикальных (RAY и RBY) составляющих, выразим уравнения равновесия:

а) для всего настила

• б)    для его части

• - R Az + ^RBz = 0,

• — ^RAy — ^RBy ⁺ q ^l = ⁰,  >  ;

• R ^z h - R*' + q ² = 0.

• -    R az + T z ( z ) = 0.

• - ^Ra, + T y ( z ) = 0.

• -    R a, z + R Az y + qz - + M ( z ) = 0.

Приняв настил абсолютно гибким, т.е.   (3), выразим уравнения кривой провисания

M(z)=0 , и решая совместно выражения (2) и  настила в виде

^ ql h ^      qz²

У =+ z

^2Tz(z)   l J    2Tz (z), где Tz(z) – горизонтальная составляющая натяжения настила, одинаковая во всех сечениях, Н; l - длина пролета, м; h - разность высот расположения краев настила, м.

Тогда dy    ql    h qz

‘^ga = Z⁼ 2T ( z )⁺ 7 ■ T(7 ) ■

ПРИ T((z)= ^

3h4h tga =  —v z ■ ll2

На рисунке 5 показана эта зависимость.

Заметим, что при разнице высот расположения кромок настила h=Hga' , когда a'>arctgg , кочан будет откатываться от места падения на всем участке AD . Далее движение кочана будет замедляться и в точке С он остановится, так как здесь провис имеет максимальное значение f_max (см. рис. 4). Это место с координатой z=a является удобным для накопления кочанов, так как находится в пределах вытянутой руки рабочего (при l= 1 м точка С находится на расстоянии 0,25 м от края В настила).

Рис. 5. Зависимость tgα от координат сечений z гибкого настила при ql2

4 h

Tz ( z )

Выводы

• 1.    Аналитически установлено, что кочаны капусты после падения на гибкий настил будут откатываться на безопасное место (в зону накоп-

• ления) при условии t д > > ( (здесь а - угол наклона касательной настила к горизонту в точке падения кочана, д - коэффициент трения качения кочана по поверхности гибкого настила).

• 2.    При установке гибкого настила на опорах, находящихся на разных уровнях, кривая провисания имеет форму параболы, а зона максимального провиса (точка С) смещается от середины к краю настила.

• 3.    Предпочтительной зоной отгрузки кочанов на гибком настиле является участок, ограниченный координатами 0 < z < l/2 (здесь l – длина пролета настила). Зона накопления кочанов находится в окрестности наибольшего провисания настила.