Russian Federation
Ufa, Ufa, Russian Federation
GRNTI 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
OKSO 35.06.04 Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве
The article describes the process of destruction of soil lumps on sifting separators of potato harvesters, based on the theory of low-cycle fatigue strength, based on the position that the destruction occurs as a result of the presence of initial defects and consists in the nucleation and development of cracks present in the body. A probabilistic model of reducing to “pass-through” sizes of large soil particles is considered, considering not only their destructive, but also hardening effect of cyclic loads of sifting separators, as well as the effect of areas of load application to the lump on the intensity of the destruction process and the purity of the heap. The conclusion was obtained that it is possible to increase the efficiency of the process of destruction of soil particles when using vibration effects. A design is proposed and the optimal parameters of a vibration separator with a reflector are determined.
harvesting potatoes; destruction of soil clumps, low-cycle fatigue strength, vibration separator
При работе на тяжёлых почвах эффективность работы картофелеуборочных машин определяется преимущественно интенсивностью разрушения комков под воздействием внешних сил до проходовых размеров. Для разрушения почвенных комков в основном используются два вида воздействия: динамический удар о сепарирующую поверхность и статическое сжатие комкоразрушающими баллонами [1,2,3,4,5]. При этом значения внешних сил, обеспечивающих разрушение почвенных комков, ограничены условием повреждаемости клубней. Так, средняя прочность клубней при сжатии до появления видимых повреждений, по данным И.М. Полуночева изменяется в пределах 481…750Н. Прочность почвенных комков с увеличением размеров возрастает от 196 Н до I860 Н, что значительно больше допустимых показателей клубней [6]. Близкие к приведенным данным получены B.C. Митрофановым и М.Е. Мацепуро, исходившие из того, что разрушение комка происходит почти мгновенно, если для данного состояния почвы величина внешнего усилия достигает некоторой критической величины [7,8].
Вместе с тем, начиная с работ А.Ф. Иоффе, А.А. Грифтиса, Е.О. Орована, появилось направление, исходящее из того, что разрушение возникает в результате наличия начальных дефектов и заключается в зарождении и развитии имеющихся в теле трещин [9,10]. Данный подход более характерен при рассмотрении усталостных разрушений, вызванных воздействием циклической нагрузки, что соответствует силовым воздействиям просевающих сепараторов на картофельный ворох.
Условия, материалы и методы исследований. В принятой нами трактовке усталостное разрушение является следствием наличия в материале ряда «слабых мест», в частности, для почвенного комка «слабыми местами» являются всевозможные растительные и органические включения, внутренние и поверхностные трещины и т.д. Каждое «слабое место» по мере накопления числа циклов нагружения приводит к образованию местной трещины, которая возникнув, постепенно увеличивается (развивается). Схематически процесс развития трещин можно рассматривать как постепенное накопление единичных «повреждений». Когда их число станет достаточно большим и равным некоторому числу М, настанет разрушение.
Обозначим число циклов, необходимых для накопления k единичных повреждений через N(k). Исходя из того, что необходимое число циклов N(k), приводящих к разрушению почвенного комка, является величиной случайной и обусловлен стохастической природой «слабого места» возникновения и развития отдельной трещины, переход из состояния N(k) в состояние N(k-1) может быть связан соотношением:
N(k) =N(k-1)+ εk, (1)
где εk – некоторое дополнительное число циклов, необходимых для перехода от k – 1 повреждений к k повреждениям.
Общепринято, что при циклических нагрузках вероятностная плотность N(k) подчинена нормальному закону [11,12]. На наш взгляд, было бы более корректно считать, что величина N(k) распределена по логарифмически нормальному распределению, а в основу данного предположения могут быть заложены следующие пояснения.
Пусть:
εk=δk∙(N(k-1)) , (2)
где δk –случайная величина накопления интенсивности повреждений.
1. Boyko A.I. Prospects for the improvement of potato commerce destructive devices. [Perspektivy sovershenstvovaniya komkorazrushayuschikh ustroystv kartofeleuborochnykh mashin]. / A.I. Boyko, S.N. Borychev // Vestnik Moskovskogo GAU. - The Herald of Moscow State Agrarian University. 2006. - №5(20). - P. 87. - 88.
2. Borychev S. N. A new method for determining damage to tubers. [Novyy sposob opredeleniya povrezhdeniya klubney]. // Kartofel i ovoschi. - Potatoes and vegetables. - 2004. - №5. - P. 7 8.
3. Borychev S.N. Analysis of the active surface lump device. [Analiz komkorazrushayuschego ustroystva s aktivnoy poverkhnostyu]. // Traktory i selkhozmashiny. - Tractors and agricultural machines, 2006, -№9. - P. 35-37.
4. Kamaletdinov R.R. The use of information theory in the simulation of the separation process of potato heap. [Ispolzovanie teorii informatsii pri imitatsionnom modelirovanii protsessa separatsii kartofelnogo vorokha]. / R.R. Kamaletdinov // Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya selskogo khozyaystva. - Mechanization and electrification of agriculture. - 2006. - №11. - P. 8-10.
5. Kamaletdinov R.R. Rekomendatsii po sovershenstvovaniyu rabochikh organov kartofeleuborochnykh mashin. [Recommendations for the improvement of the working units of potato harvesting machines]. - Ufa: Bashkirskiy GAU, 2014. - P. 44. 2th edition.
6. Polunochev I.M. Study of physical and mechanical properties of tops and tubers of potatoes. (Izuchenie fiziko-mekhanicheskikh svoystv botvy i klubney kartofelya]. / I.M. Polunochev // Trudy VISKhOM. Proceedings of VISKhOM. - 1951. - P. 17-19
7. Mitrofanov V.S. Izuchenie fiziko-mekhanicheskikh svoystv kartofelya // Sb. Fiziko-mekhanicheskie svoystva selskokhozyaystvennykh rasteniy kak osnovanie dlya proektirovaniya selskokhozyaystvennykh mashin. (The study of physico-mechanical properties of potatoes. // Proceedings of Physical and mechanical properties of agricultural plants as the basis for the design of agricultural machinery). - M.: VISKhOM, 1939. - P. 174-196.
8. Matsepuro V.M. The method for studying the damage of potato tubers under mechanical action. [Metod issledovaniya povrezhdayemosti klubney kartofelya pri mekhanicheskom vozdeystvii]. / V.M. Matsepuro, V.N. Kirsanova // Tr. VIM. - Proceedings of VIM. - 1975. Vol. 69. - P. 174-185.
9. Terentev V.F. Tsiklicheskaya prochnost metallicheskikh materialov: Ucheb. Posobie. [Cyclic strength of metallic materials: Manual]. / V.F. Terentev. - Novosibirsk: Izd-vo NGTU, 2001. - P. 61.
10. Goritskiy V.M. Struktura i ustalostnoe razrushenie. [Structure and fatigue damage]. / V.M. Goritskiy, V.F. Terentev - M.: Metallurgiya, 1980. - P. 280.
11. Gmurman V.E. Teoriya veroyatnostey i matematicheskaya statistika. [Probability theory and mathematical statistics]. - M., Vyssh.shk., 2003. - P. 479.
12. Alikin V. N., Litvin I. E., Sesyunin S. G., Sokolovskiy M. I., Ushin N. V. Kriterii prochnosti i nadezhnost konstruktsiy. [Criteria of strength and reliability of structures]. M: Nedra, 2005. P. 164.
