Визначення характеристик перерізання сільськогосподарських матеріалів

1.Мета роботи

Визначити роботу і питому роботу різання стебла рослини.

2.Теоретична частина

Процес різання — найпоширеніший вид руйнування сільськогосподарських матеріалів під час їх збирання та переробки. Він полягає в проникненні леза всередину тіла з витісненням своїми щічками часточок матеріалу. При цьому долаються сили нормального тиску і тертя. Ковзаючий рух ножа полегшує проникнення його в матеріал, а дрібні зазубринки перепилювальною дією порушують зв'язок між часточками.

Досвід засвідчує, що процес різання стебел є складним періодичним процесом, що відбувається з визначеною частотою зміни фаз стискання-розтягу. Ця частота залежить від геометрії різального інструмента: чим гостріше лезо, менший кут загострення і більший кут нахилу леза (або коефіцієнт ковзання), тим вища частота коливань. Збільшення останньої відповідає локалізації руйнування біля леза, що зумовлює зменшення зусилля різання.

Розглянемо основні фактори, які впливають на технологічний процес різання. Ніж різального апарата збиральних машин зрізує стебла, притискуючи їх до кромки протирізальної частини пальця і до пера пальця зверху. Стінки трубчастих стебел зближуються під тиском леза — стебло прогинається.

Слід зауважити, що на хід процесу і величину робочого зусилля впливають фізико-механічні властивості та розміщення стебел, швидкість руху ножа, величина зазору між різальною і протирізальною частинами, кут загострення сегментів і вкладок, гострота леза, кут між лезом ножового сегмента і напрямком руху машини, кут між різальним і протирізальним лезами.

Для оцінювання процесу різання рослин з урахуванням конструктивних особливостей робочих органів жаткових апаратів, швидкості різання тощо визначають питому роботу а (кДж/м²) за статичного і динамічного навантаження за формулою

(6.1)

де А — повна робота, затрачена на різання зразка; F -— робочий опір при різанні; l — довжина шляху ножа (проекція шляху ножа на напрямок сили F); S — площа поперечного перерізу зразка.

Якщо випробовують одиничне стебло, то площу поперечного перерізу визначають за середнім діаметром зразка в місці руйнування. Якщо зразок складається з групи стебел рослин, то обчислюють площу перерізаних частин без вільних проміжків між ними і всередині них. Останнє дає точніші результати, оскільки площа за одного й того самого числа стебел у зразку може змінюватись залежно від їх ущільнення і розміщення.

Процес різання за статичних умов не повною мірою характеризує технологічний процес роботи різального апарата збиральної машини. Тут усі процеси швидкоплинні, тобто різання відбувається в динамічних умовах. Взагалі динамічну дію навантажень під час визначення процесу різання моделюють на маятникових копрах, обладнаних допоміжними пристроями з використанням таких самих різальних пар сегмент — протирізальна пластина. Крім того, на копрах можна відтворювати різні види деформацій: розтягу, згинання, зламу, різання, обмолоту та ін. Величина роботи, яку визначають на приладі, характеризує енергоємність тієї чи іншої операції технологічного процесу, який здійсню­ється в сільськогосподарських машинах.

Розглянемо принцип роботи маятникового копра (рис. 6.1). Маятник вагою G підвішують на горизонтальній осі О на відстані r від центра ваги маятника. Якщо маятник відхиляється від вертикалі на кут β₀, то це означає, що він має деяку потенціальну енергію А, пропорційну висоті підіймання h і вазі маятника G, тобто А = Gh. Якщо на шляху А₀А₁ закріпити зразок, наприклад у точці Е, і відпустити маятник, то останній під час удару здеформує його, затративши на це весь запас енергії Gh або частину її.

Р исунок 6.1 – Схема маятникового копра

Конструкція маятникового копра, що ґрунтується на ньому принципі, дає змогу практично визначати будь-яку кількість використаної енергії в межах Gh. Якщо падіння маятника відбувається без закріпленого на опорі зразка (холостий хід), то він, пройшовши точку Е, має піднятися знову на висоту h за рахунок сталої потенціальної енергії Gh. Однак такий процес може відбуватися тільки в ідеальних умовах — за відсутності тертя та інших непередбачених опорів. Фактично маятник підійметься на висоту, меншу за h у положення OA₁ тобто нижче за початкове на величину К₀К₁. Робота маятника, затрачена на подолання шкідливих опорів (холостий хід) А_х, становитиме

A_x = GK₀K₁ = G(OK₁ – OK₀) (6.2)

Виразивши відрізки ОК₁ і ОК₀ відповідно через функції β і β₀, отримаємо

A_x = Gr(cosβ – cosβ₀) (6.3)

Поставивши зразок під падаючий маятник, побачимо, що він виконав роботу А_х плюс роботу деформації зразка, підійнявшись на кут α. При цьому точка В знаходиться значно нижче, ніж точка А₁, оскільки маятник на цей раз подолав не тільки шкідливі, а й корисні опори, затративши більше енергії на величину відрізка К₁С. З трикутників ОА₀К₀ і ОВС випливає, що К₁С = ОС – ОК₁. Тоді робота А, затрачена на подолання шкідливих і корисних опорів, дорівнюватиме

А = GK₁C = Gr(cosα – cosβ₀) (6.4)

Звідси, корисна робота, затрачена на деформування зразка, становитиме

А_к = А – А_х =Gr(cosα – cosβ) (6.5)

Отже, щоб обчислити роботу деформації, потрібно знати вагу маятника G, відстань r від осі підвішення маятника до центра його ваги і кути підіймання маятника після холостого ходу β і робочого α.

За конструктивним виконанням маятникові копри бувають з постійним і змінним запасами енергії за рахунок різної ваги маятників.

Питома робота різання

(6.6)

де S_ст – площа поперечного перерізу матеріалу, мм².

3. Зміст роботи

Визначити значення роботи різання і питомої роботи різання для двох-трьох видів стебел рослин.

4. Обладнання, прилади, матеріали

Маятниковий копер, штангенциркуль, стебла рослин.

5. Порядок виконання роботи

5.1 Виконати холостий хід маятника. Для цього підняти його на висоту h і відпустити. Визначити кут піднімання маятника β.

5.2 Визначити параметри зразка стебла рослини _dст і _Sст.

5.3 Закріпити в опорі досліджуваний зразок стебла рослини.

5.4 Підняти маятник на таку ж як і в п.5.1. висоту h і відпустити. Визначити кут піднімання маятника _α.

5.5 За формулою (6.5) обчислити роботу перерізання _Ак.

5.6 Обчислити питому роботу перерізання за формулою (6.6).

5.7 Результати досліду записати в таблицю 6.1.

5.8 Дослід повторити запропоноване викладачем число разів.

5.9 Оцінити результати досліду, визначити середню арифметичну величину _Ак, середнє квадратичне відхилення σ і коефіцієнт варіації V.

Таблиця 6.1 - Визначення характеристик перерізання стебел рослини

1. Сільськогосподарська культура
2. Параметри зразка стебла діаметр dст, мм площа перерізу Sст, мм2	1	2	3	4	Середня величина
3. Кут піднімання маятника при холостому ході β, град
4. Кут піднімання маятника після перерізання зразка α, град
5. Робота перерізання Ак ,Дж
6. Питома робота перерізання а, Дж/м2
7. Середнє квадратичне відхилення σ, Дж
8. Коефіцієнт варіації V, %

6.Звіт

Навести стислий зміст роботи, формули і розрахунки, таблицю. Зробити висновки.

7. Контрольні запитання

7.1 В чому полягає процес різання матеріалів ножем?

7.2 Які фактори впливають на процес різання сільськогосподарських матеріалів?

7.3 В чому полягає принцип роботи маятникового копра?

7.4 Як визначають роботу перерізання стебла рослини?

7.5 Як визначають питому роботу перерізання стебла рослини?

Лабораторна робота 7