Определение накопленной потенциальной энергии при импульсном воздействии на семена

Введение. Для повышения биоэнергетического потенциала семян сельскохозяйствен- ных культур применяют различные методы воздействия. Эти методы условно разделяют на методы биологического, химического и физического воздействия.

В данной работе определим накопленную потенциальную энергию при импульсном физическом воздействии на семена.

В технологиях производства зерновых культур семена подвергаются механическому воздействию со стороны рабочих органов машин в течение всего технологического процесса возделывания – от посева до уборки. В процессе подготовки к посеву семена подвержены механическому воздействию рабочих органов сельскохозяйственной техники [1]. В процессе переработки, хранения и уборки семена взаимодействуют с мотовилом жатки, транспортирующими органами, молотильным устройством.

Методика и результаты исследований. Анализ исследований, выполненных учеными [2–8], дает основание сделать предположение о том, что на всхожесть семян и на другие жизненно важные процессы, протекающие в семени, оказывает влияние потенциальная энергия, накопленная семенами при импульсном воздействии [9–12].

Для определения накопленной потенциальной энергии при импульсном действии нагрузки рассмотрим взаимодействие сферической частицы массой m с отражающей поверхностью рабочего органа сельскохозяйственных машин.

Пусть зерновка массой m, движущаяся со скоростью Vз, сталкивается с неподвижной поверхностью. При ударе часть кинетической энергии частицы преобразуется в потенциальную энергию деформации, а часть кинетической энергии возвращается частице после отражения. Уравнение энергетического баланса будет иметь вид:

U = Tу – Тот ,                 (1)

где U – потенциальная энергия деформации частицы и отражающей поверхности;

Ту – кинетическая энергия частицы до удара;

Тот – кинетическая энергия частицы после удара.

Потенциальная энергия деформации частицы и отражающей поверхности определится выражениями:

^3 ⁼   2  '      ^^{п =}   2 ’        (2)

где и_э – потенциальная энергия деформации частицы;

^П – потенциальная энергия деформации поверхности;

РД – сила динамического воздействия на частицу и поверхность;

д/3 – абсолютная деформация частицы;

д/п – абсолютная деформация поверхности.

Абсолютные деформации частицы и поверхности связаны с размерами и жесткостью выражениями:

Д/_ч=^-; Д/_п = ^, (3) где с – толщина зерновки;

Ез, Еп – модули Юнга, соответственно, частицы и поверхности;

Fз, Fп – площадь деформированной поверхности соответственно, частицы и поверхности;

Δп – толщина деформированной поверхно- сти;

Р д – динамическая (мгновенная) сила.

Подставив значения абсолютных дефор- маций из (3) в выражения потенциальной энер- гии (2), получим:

t7₃ = —;     и_п = ^-.

3    2Е3-Ғ3 '          п 2ЕП-Ғп

Кинетическая энергия, накопленная тицей в момент удара,

_ т3-Иу2

7У “ 2 '

час-

где mз – масса частицы;

V у – скорость частицы в момент удара.

Часть кинетической энергии возвращается частице после отражения от поверхности.

Скорость отражения связана со скоростью удара V у соотношением

У_от = Қ • к_в,                (6)

где k в – коэффициент восстановления.

Тогда кинетическая энергия частицы после отражения будет равна:

_ т3'У/'к^

Подставив полученное выражение в уравнение энергетического баланса (1), после преобразований получим уравнение потенциальной энергии, накопленной частицей и отражающей поверхностью:

_и=^₍₁__к2у     (8)

Приравнивая правые части выражений (4) и (8) и учитывая, что потенциальная энергия зерновки определяется из выражения U U U , получим

Из теоремы об изменении количества движения следует, что т3 • Қ = Рд • kt, где Δt – время ударного взаимодействия зерновки с отражающей поверхностью.

Тогда мгновенная сила будет равна:

Подставив в (9) вместо Р д его значение, получим выражение для определения потенциальной энергии, накопленной частицей при ударном действии нагрузки:

U₃ = m_v К² f (1 - к^ - (10)

• ^{3 3} у у (Д()²-е_п-ғ_п/ ' '

Полученная зависимость позволяет определить накопленную потенциальную энергию семян и оценить степень влияния различных внешних факторов на всхожесть семян.

В результате проведенных исследований определена накопленная потенциальная энергия и выявлены факторы, влияющие на всхожесть семян при импульсном воздействии.

Выводы и заключение. Определение накопленной потенциальной энергии при импульсном действии внешней нагрузки позволяет рассчитать оптимальные режимы ударного воздействия на семена, способствующие увеличению биоэнергетического потенциала семян.