сотрудник
Россия
сотрудник
Уфа, Республика Башкортостан, Россия
сотрудник
ГРНТИ 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
ОКСО 35.06.04 Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве
В статье рассмотрен процесс разрушения почвенных комков на просевающих сепараторах картофелеуборочных машин, основанный на теории малоцикловой усталостной прочности, исходящей из положения, что разрушение возникает в результате наличия начальных дефектов и заключается в зарождении и развитии имеющихся в теле трещин. Составлена вероятностная модель уменьшения до «проходовых» размеров крупных почвенных частиц, рассматривающая не только их разрушающее, но и упрочняющее воздействие циклических нагрузок просевающих сепараторов, а также влияние зон приложения нагрузки к комку на интенсивность процесса разрушения и чистоту сходового вороха. Получен вывод о возможности повышения эффективности процесса разрушения почвенных частиц при использовании вибрационных воздействий. Предложена конструкция и определены рациональные параметры вибрационного сепаратора с отражателем.
уборка картофеля; разрушение почвенных комков, малоцикловая усталостная прочность, вибрационный сепаратор.
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. Бойко А.И. Перспективы совершенствования комкоразрушающих устройств картофелеуборочных машин / А.И. Бойко, С.Н. Борычев // Вестник Московского ГАУ. - 2006. - № 5(20). - С. 87. - 88.
2. Борычев С. Н. Новый способ определения повреждения клубней // Картофель и овощи. - 2004. - № 5. - С. 7 8.
3. Борычев, С.Н. Анализ комкоразрушающего устройства с активной поверхностью // Тракторы и сельхозмашины . - 2006. - № 9. - С. 35-37
4. Камалетдинов Р.Р. Использование теории информации при имитационном моделировании процесса сепарации картофельного вороха / Р.Р. Камалетдинов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2006 - №11. - С. 8-10.
5. Камалетдинов, Р.Р. Рекомендации по совершенствованию рабочих органов картофелеуборочных машин. - Уфа: Башкирский ГАУ, 2014. - 44 с.
6. Полуночев И.М. Изучение физико-механических свойств ботвы и клубней картофеля / И.М. Полуночев // Труды ВИСХОМ. - 1951. - С. 17-19.
7. Митрофанов В.С. Изучение физико-механических свойств картофеля // Сб. Физико-механические свойства сельскохозяйственных растений как основание для проектирования сельскохозяйственных машин. - М.: ВИСХОМ, 1939. - С. 174-196.
8. Мацепуро В.М. Метод исследования повреждаемости клубней картофеля при механическом воздействии / В.М. Мацепуро, В.Н. Кирсанова // Тр. ВИМ. -1975. - Т. 69. - С. 174-185.
9. Терентьев В.Ф. Циклическая прочность металлических материалов: Учеб. Пособие / В.Ф. Терентьев. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2001. - 61 с.
10. Горицкий В.М. Структура и усталостное разрушение / В.М. Горицкий, В.Ф. Терентьев - М.: Металлургия, 1980. - 280 с.
11. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика - М.: Высш.шк., 2003.- 479 с.
12. Аликин В. Н., Литвин И. Е., Сесюнин С. Г., Соколовский М. И., Ушин Н. В. Критерии прочности и надежность конструкций. М: Недра, 2005. - 164 с.
