Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса и задачи исследования
1.1. Состояние вопроса по теме и выбор направления исследования 8
1.2. Постановка задачи 15
ГЛАВА 2. Прочностные свойства плодоовощной продукции и условия перевозки ее в сельскохозяйственном производстве
2.1. Прочностные свойства плодоовощной продукции 17
2.2. Статистические характеристики микропрофилей с.х дорог 19
2.3. Колебания с.х транспортных средств 30
2.4. Влияние тары и упаковочных материалов на сохранность плодоовощной продукции 34
2.5. Моделирование и статистический анализ колебаний транспортных средств при перевозке плодоовощной продукции 41
2.6. Выводы по 2-ой главе 49
ГЛАВА 3. Исследования плавности хода транспортных средств при перевозке картофеля
3.1. Прочность клубня картофеля при ударных воздействиях 50
3.2. Неровности с. х дорог и их моделирование ...56
3.3. Моделирование вертикальных колебаний с.х транспортных средств. 59
3.4. Моделирование колебаний клубней корнеплодов и плодов между собой и с поверхностью контейнера при транспортировке
3.5. Выводы по 3-ей главе .63
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования механических характеристик клубней картофеля и неровностей сельскохозяйственных дорог
4.1. Методика и результаты определения характеристик клубней картофеля.
4.2. Методика и результаты определения механических свойств клубней картофеля при статических испытаниях .
4.3. Методика и результаты экспериментальных исследований механических свойств клубней картофеля при ударных воздействиях.
4.4. Методика и исследование микронеровностей сельскохозяйственных дорог 87
4.5. Определение рациональных скоростей движения сельскохозяйственных транспортных средств при перевозке картофеля по полевым дорогам и асфальтовым дорогам. 96
4.6. Обеспечение механической сохранности клубней картофеля при транспортировке в контейнерах 99
4.7. Выводы по 4 главе 102
ГЛАВА 5. Технико-экономическая эффективность внедрения результатов исследований 103
5.1: Выводы по 5 главе 11
Основные выводы и рекомендации 112
Список литературы. 115
Приложения 126г
- Состояние вопроса по теме и выбор направления исследования
- Статистические характеристики микропрофилей с.х дорог
- Прочность клубня картофеля при ударных воздействиях
- Методика и результаты определения механических свойств клубней картофеля при статических испытаниях
Введение к работе
Большие потери плодоовощной продукции при транспортировке связаны с механической повреждаемостью их при погрузочно -разгрузочных и транспортных операциях. Это обуславливает актуальность проблемы механически сохранной перевозки плодоовощной продукции. Большая часть картофеля доставляется в города преимущественно автомобильным транспортом, подвергаясь при этом механическим повреждениям. Так по данным НИИ торговли и общественного питания, картофель, при транспортировке его автомобилями, поступает на одну из баз Москвы со следующими механическими повреждениями клубней: при доставке навалом -7-11 %, при доставке в мешках - 5 - 6% .
При последующем хранении механически поврежденный картофель начинает заболевать уже через 2-3 недели. При этом сначала вокруг поврежденного места темнеет мякоть, а затем к весне все механически поврежденные клубни поражаются сухой гнилью - фуза-риозом.
Исследования показали, что потери при хранении существенно снижаются в тех случаях, когда он завозится в контейнерах. Так в результате транспортировки картофеля из г. Дмитрова Московской области и хранении его в течение 5 -7 месяцев в хранилищах г. Москвы были получены следующие результаты: при перевозках автомобильным транспортом в контейнерах потери составили - 3 - 8%, при транспортировке навалом -9-14%.
Учитывая большой процент механически поврежденных клубней при механизированной их уборке, дополнительная повреждаемость при транспортировке приводит к тому, что клубни в большей или меньшей степени оказываются механически поврежденными .
Причиной повреждения клубней при транспортировке является недостаточная плавность хода транспортных средств при движении их по асфальтовым и грунтовым дорогам.
В связи с этим: изыскание способов снижения повреждения клубней і картофеля при транспортировке в контейнерах в городские хранилища автомобильным транспортом является актуальной задачей сельского хозяйства.
Вопросами снижения механических повреждений картофеля занимались В. П. Васеничев, Н. И. Верещагин, А. И. Вольников, С. А. Герасимов, М. Н. Ерохин, Н. Н. Колчин, А. А. Сорокин, Г. Д. Петров и другие.
Вопросами организации перевозок картофеля и овощей занимались О. Н. Дидманидзе, Б. Э. Темирханов и другие. Вопросами плавности хода Р. В. Ротенберг, И. Г. Пархиловский, В. А Светлицкий и другие. Статистические характеристики неровностей поверхностей полей изучали А. Б. Лурье, В. П. Росляков, Г. Ф. Скоробогатов. Особое внимание следует обратить на работы В.. А-Каверина, который занимался вопросами транспортирования сельскохозяйственных продуктов.
Оценка плавности хода транспортных средств в основе которых лежат предельные характеристики; вертикальных колебаний обеспечивающих нормальные условия работы водителей дана обществом немецких инженеров.
Предельные характеристики вертикальных колебаний, обеспечивающих нормальные условия работы водителей рекомендованы обществом инженеров американской автомобильной промышленности.
Однако анализ работ данных исследователей позволяет сделать следующие выводы: -требования предъявляемые к параметрам определяющим плавность хода сельскохозяйственных транспортных средств при перевозке картофеля до сих пор не сформулированы, что не позволяет задать скорости движения в разных условиях эксплуатации. -не выявлено влияние тары и её параметров на механизм снижения повреждения картофеля. -не осуществлено моделирование этих процессов в зависимости от механических свойств картофеля и дорожных условий.
Цель работы: Изыскание способов снижения повреждения клубней картофеля при транспортировке в контейнерах.
В соответствии с поставленной целью, задачами настоящей работы являются: - исследование нелинейных вертикальных колебаний сельско хозяйственных транспортных средств при перевозке картофеля по грунтовым и асфальтовым дорогам и применение методики определения параметров поверхности теоретической дороги по известным; статистическим характеристикам для определения рациональных скоростей движения; составление модели динамики взаимодействия клубней в контейнере; экспериментальное определение механических и размерно-массовых характеристик клубней картофеля; определение допустимых амплитудно - частотных, характеристик вертикальных колебаний при перевозке клубней картофеля; - разработка рекомендаций по применению рациональных скоро- стей движения по грунтовым и асфальтовым дорогам, а также конструктивного улучшения контейнеров.
Объект исследования: Неровности дорог, клубни картофеля, контейнеры, транспортные средства используемые в сельском хозяйстве при перевозке этой продукции.
Методы исследования:
Оценка: качества сохранности транспортируемой продукции (картофеля) выполнена в соответствии с отраслевыми стандартами и= методиками испытаний сельскохозяйственной техники. При проведении экспериментальных исследований упругих и прочностных свойств мякоти клубней картофеля, в случае ударных нагрузок, использовали тензометрический метод. Теоретические исследования включали в себя механико - математическое моделирование процесса взаимодействия клубней картофеля между собой, со стенками и дном транспортных контейнеров. Исследования выполняли с использованием методов моделирования и определения режимов работы машин.
Новизну исследований представляют: -математическая модель взаимодействия клубней картофеля друг с другом и с внутренней поверхностью контейнера при транспортировке его по грунтовым и асфальтовым дорогам. - применение методики определения параметров поверхности теоретической дороги, соответствующей реальной (по которой осуществляется перевозка картофеля), позволяющая исследовать нелинейные колебания транспортных средств для определения рациональных скоростей движения.
Практическую ценность представляют рекомендации по снижению ударов клубней с дном и стенками контейнеров за счет применения мягких прокладок, а также рекомендации по выбору рациональных скоростей движения транспортных средств.
Достоверность основных положений подтверждена опытной проверкой и адекватным описанием экспериментальных данных. | ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1. Состояние вопроса по теме и выбор направления исследования.
Плавность хода является важным качественным показателем работы транспортного средства, характеризующим способность длительного движений в интервале эксплуатационных скоростей без неприятных ощущений и быстрой утомляемости людей или повреждений перевозимого груза, обусловленных колебаниями.
Исследуя перевозку плодов и овощей, Каверин В. А. в своей работе [39] уделил большое внимание вопросу повреждаемости яблок, слив, перца и томатов в условиях транспортирования их по полевым, грунтовым и дорогам с щебеночным и асфальтовым покрытием. Выявлена была экспоненциальная зависимость поврежда- -[мил емости от длительности траспортировки P(t) = 1-е-
Исследовалось влияние статических и динамических нагрузок на вероятность повреждения томатов, а также влияние высоты загрузки контейнеров на напряжения в плодах- a(z)= /—г- ff((;)-exp[~^x~^]dq , V 2rcz Jb 2oz где f(S)- функция описывающая интенсивность статической нагрузки.. При динамическом нагружении эта зависимость практически не исследована. В работе сделана попытка экспериментально выявить передаточную функцию системы кузов-контейнер в целях создания рациональной тары.
Следует отметить, что в настоящее время выполнено много работ по вопросам перевозки плодоовощной продукции, но они касаются в основном организации и оптимизации производственных процессов [29, 68 ];
Оценка плавности хода, даваемая пассажирами, субъективна и поэтому требует дополнений физическими величинами, характеризующими колебания кузова. Для прицепов и полуприцепов возможна оценка плавности хода лишь физическими величинами. Влияние колебаний на человека освещено в работах И. Г.. Пархиловского [581, Р.В. Ротенберга [63], а также зарубежных ученых.
В результате обобщения экспериментальных исследований разработаны методы оценки плавности хода транспортных средств, в основе которых лежат предельные характеристики вертикальных колебаний, обеспечивающих нормальные условия работы водителей. Так инструкция разработанная обществом немецких инженеров "Оценка воздействия механических колебаний на человека", дает границы допустимых ускорений вертикальных колебаний в диапазоне частот от 0,5 до 20 Гц.. При этом выделяются области возможной работы различных мобильных агрегатов (рис. 1.1).
Li I , I .и * Ojs 4fi 2 5 dO 20
Частота [ЯЗ.
Рис. 1.1. Границы допустимых для механизатора ускорений вертикальных колебаний при работе на различных мобильных агрегатах.
Комитет общества инженеров американской автомобильной промышленности рекомендовал ряд предельных характеристик вертикальных колебаний, обеспечивающих нормальные условия работы водителей (рис. 1.2).
Ч 6 в to 20 чи 60 Частота колебаний,гц
Рис. 1.2. Предельные характеристики вертикальных колебаний обеспечивающих нормальные условия работы механизаторов.
При этом отмечается, что в диапазоне частот от 1 до 6 Гц снижение комфортабельности связано со скоростью изменения ускорений колебаний, которая может достигать величины а уЗ-^ад. В диапазоне от 6 до 20 Гц с ускорениями предельные значения которых д у^сде и от 20 до 60 гц - со скоростью Доу = 0.042, д в м,. v в герцах. Восприятие человеком не только скорости колебаний, ускорений, но и скорости изменения ускорений связано с наличием у него большого числа органов, реагирующих на них.
Что же касается сельскохозяйственных продуктов, то влияние на их повреждаемость колебаний различных частот и амплитуд выявлено недостаточно. Так в работах М. Ф. Прохоровой и А.Т.Бурякова указывается, что на повреждаемость клубней картофеля при вибрациях с частотой от 20 герц и выше оказывает основное влияние скорость соударения клубней с вибрирующей поверхностью.
Поскольку фактор плавности хода сельскохозяйственных транспортных средств должен быть выражен через физические величины, описывающие колебательный процесс, ив тоже время зависеть от прочностных свойств сельскохозяйственных продуктов, то нами предлагается для этой цели использовать предельно-допустимые границы интенсивности колебаний, выявленные опытным путем.
В наиболее важном для нас диапазоне частот от 1 до 8 герц для большинства; легкоповреждаем ых продуктов может быть использована зависимость допустимой амплитуды колебаний от частоты. [35].
Дв=р+Ур2 + 2шгн2 где коэффициенты Р и Н сведены в таблицу 1.1
Таблица 1.1
Транспортная вибрация и колебания возникают в результате движения машины по неровностям местности, агрофонов и дорог. К человеку вибрация передается в момент контакта его с вибрирующим объектом. Если вибрации подвергается весь организм, то ее называют общей. Длительное воздействие общей вибрации на организм человека приводит к расстройству нервной системы, нарушениям функциональных свойств сосудов и вестибулярного аппарата.
Увеличение интенсивности и длительности вибрации в ряде случаев приводит к развитию профессиональной патологии, вибрационной болезни. В условиях механизированного сельского хозяйства источниками вибрации являются мобильные сельскохозяйственные агрегаты. Для систематического и планомерного выполнения работ по защите работающего персонала от вредного воздействия вибрации, разработаны и утверждены стандарты, как на допустимые параметры вибрации, так и на методы расчета виброизоляции рабочего места оператора. Обычно смещение, скорость и ускорение транспортного средства постоянно меняются в ограниченном интервале, например, двигатель автомобиля, или трактора генерирует частоту колебаний, соответствующую его оборотам, а остов трактора передает колебания трактористу, соответствующие частоте расположения гребней при поперечном движении по полю.
Для детального описания колебательного процесса весь спектр его частот разделяют на полосы и в пределах каждой полосы нормируют среднеквадратические параметры вибрации. Различные частоты колебаний по разному действуют на организм человека [44\. У человека стоящего на вибрирующей поверхности 2 резонансных типа: на частотах 5 - 12 Гц и 17-25 Гц , а у сидящего - на частотах 4-6 Гц. Для головы резонансные частоты лежат в области 20 - 30 Гц.
С учетом: этих особенностей разработаны гигиенические нормы допустимых параметров вибрации. Причем допустимые нормы вибрации транспорта в горизонтальных и вертикальных плоскостях различны. Наибольшее среднеквадратическое значение виброскорости 0.2 м/с и ее логарифмического уровня 132 дБ установлено ГОСТ 12.1.012 - 85 для общей вертикальной транспортной вибрации при среднегеометрической частоте- 1Гц.
Если колебания транспортных агрегатов рассматривать в окрестностях резонансных частот, то их можно представить как колебательные системы с одной степенью свободы и ограничиться анализом уравнения вынужденных колебаний таких систем;
В системах, генерирующих наиболее простые гармонические колебания виброзащита операторов считается достаточной, когда отношение частоты возбуждения со к частоте собственных колебаний
0 - 0)/0 > 1.41 , то K^>1 . При частоте возбуждения и = 1.41-ов колебания передаются без изменения Кэф = I . Если со/со0 < 1.41 , то система увеличивает колебания ( к^ < і )
Так, если учесть, что собственная частота колебаний большинства внутренних органов человека составляет о>0 =5...9 Гц, , то виброзащита водителя при транспортных работах поперек пахоты, когда остов г автомобиля имеет гармонические вынужденные колебания, будет обеспечена, если на его сидении ( принимая о0 = 7 ) будут генерироваться колебания с частотой >1.41-7 Гц, т.е о>9.87 Гц..
При отсутствии виброизоляции между остовом автомобиля и сиденьем, можно вычислить вредную для внутренних органов механизаторов скорость движения агрегата. Поскольку расстояние между гребнями пахоты в поперечном; направлении составляет 0.35 м, то колебания остова автомобиля со скоростью его движения будут связаны зависимостью v = 0.35-ю- Колебания внутренних органов механизатора будут увеличиваться при частоте со < 1.41 -<о0, поэтому виброопасная скорость движения: агрегата V <0.35-1.41-7 = 3.46 м/с, или 12.5 км/ч.
При скорости V=12.5 км/ч колебания от остова автомобиля к водителю будут передаваться без изменений. При V< 12.5 км/ч они возрастут. Увеличение скорости агрегата сверх 12.5 км/ч приведет к уменьшению колебаний, воспринимаемых водителем.
1.2. Постановка задачи.
Требования предъявляемые к параметрам определяющим плавность хода сельскохозяйственных транспортных средств при перевозке картофеля до сих пор не сформулированы, что не позволяет задать скорости движения в разных условиях эксплуатации.
Не выявлено влияние тары и её параметров на механизм снижения повреждений картофеля.
Не осуществлено моделирование этих процессов в зависимости от механических свойств картофеля и дорожных условий.
Цель работы: Изыскание способов снижения повреждения клубней картофеля при транспортировке в контейнерах.
В соответствии с поставленной целью, задачами настоящей работы являются: исследование нелинейных вертикальных колебаний сельскохозяйственных транспортных: средств при перевозке картофеля по грунтовым и асфальтовым дорогам и применение методики определения параметров поверхности теоретической дороги по известным статистическим характеристикам для определения рациональных скоростей движения; составление модели динамики взаимодействия клубней в контейнере; -экспериментальное определение механических и размерно-массовых характеристик клубней картофеля; определение допустимых амплитудно - частотных характеристик вертикальных колебаний при перевозке клубней картофеля; разработка рекомендаций по применению рациональных скоростей движения по грунтовым и асфальтовым дорогам, а также конструктивного улучшения контейнеров.
Состояние вопроса по теме и выбор направления исследования
Транспортная вибрация и колебания возникают в результате движения машины по неровностям местности, агрофонов и дорог. К человеку вибрация передается в момент контакта его с вибрирующим объектом. Если вибрации подвергается весь организм, то ее называют общей. Длительное воздействие общей вибрации на организм человека приводит к расстройству нервной системы, нарушениям функциональных свойств сосудов и вестибулярного аппарата.
Увеличение интенсивности и длительности вибрации в ряде случаев приводит к развитию профессиональной патологии, вибрационной болезни. В условиях механизированного сельского хозяйства источниками вибрации являются мобильные сельскохозяйственные агрегаты. Для систематического и планомерного выполнения работ по защите работающего персонала от вредного воздействия вибрации, разработаны и утверждены стандарты, как на допустимые параметры вибрации, так и на методы расчета виброизоляции рабочего места оператора. Обычно смещение, скорость и ускорение транспортного средства постоянно меняются в ограниченном интервале, например, двигатель автомобиля, или трактора генерирует частоту колебаний, соответствующую его оборотам, а остов трактора передает колебания трактористу, соответствующие частоте расположения гребней при поперечном движении по полю.
Для детального описания колебательного процесса весь спектр его частот разделяют на полосы и в пределах каждой полосы нормируют среднеквадратические параметры вибрации. Различные частоты колебаний по разному действуют на организм человека [44\. У человека стоящего на вибрирующей поверхности 2 резонансных типа: на частотах 5 - 12 Гц и 17-25 Гц , а у сидящего - на частотах 4-6 Гц. Для головы резонансные частоты лежат в области 20 - 30 Гц.
С учетом: этих особенностей разработаны гигиенические нормы допустимых параметров вибрации. Причем допустимые нормы вибрации транспорта в горизонтальных и вертикальных плоскостях различны. Наибольшее среднеквадратическое значение виброскорости 0.2 м/с и ее логарифмического уровня 132 дБ установлено ГОСТ 12.1.012 - 85 для общей вертикальной транспортной вибрации при среднегеометрической частоте- 1Гц. Если колебания транспортных агрегатов рассматривать в окрестностях резонансных частот, то их можно представить как колебательные системы с одной степенью свободы и ограничиться анализом уравнения вынужденных колебаний таких систем; В системах, генерирующих наиболее простые гармонические колебания виброзащита операторов считается достаточной, когда отношение частоты возбуждения со к частоте собственных колебаний 0 - 0)/0 1.41 , то K 1 . При частоте возбуждения и = 1.41-ов колебания передаются без изменения Кэф = I . Если со/со0 1.41 , то система увеличивает колебания ( к і ) Так, если учесть, что собственная частота колебаний большинства внутренних органов человека составляет о 0 =5...9 Гц, , то виброзащита водителя при транспортных работах поперек пахоты, когда остов г автомобиля имеет гармонические вынужденные колебания, будет обеспечена, если на его сидении ( принимая о0 = 7 ) будут генерироваться колебания с частотой 1.41-7 Гц, т.е о 9.87 Гц.. При отсутствии виброизоляции между остовом автомобиля и сиденьем, можно вычислить вредную для внутренних органов механизаторов скорость движения агрегата. Поскольку расстояние между гребнями пахоты в поперечном; направлении составляет 0.35 м, то колебания остова автомобиля со скоростью его движения будут связаны зависимостью v = 0.35-ю- Колебания внутренних органов механизатора будут увеличиваться при частоте со 1.41 - о0, поэтому виброопасная скорость движения: агрегата V 0.35-1.41-7 = 3.46 м/с, или 12.5 км/ч. При скорости V=12.5 км/ч колебания от остова автомобиля к водителю будут передаваться без изменений. При V 12.5 км/ч они возрастут. Увеличение скорости агрегата сверх 12.5 км/ч приведет к уменьшению колебаний, воспринимаемых водителем. Требования предъявляемые к параметрам определяющим плавность хода сельскохозяйственных транспортных средств при перевозке картофеля до сих пор не сформулированы, что не позволяет задать скорости движения в разных условиях эксплуатации. Не выявлено влияние тары и её параметров на механизм снижения повреждений картофеля. Не осуществлено моделирование этих процессов в зависимости от механических свойств картофеля и дорожных условий. Цель работы: Изыскание способов снижения повреждения клубней картофеля при транспортировке в контейнерах. В соответствии с поставленной целью, задачами настоящей работы являются: - исследование нелинейных вертикальных колебаний сельскохозяйственных транспортных: средств при перевозке картофеля по грунтовым и асфальтовым дорогам и применение методики определения параметров поверхности теоретической дороги по известным статистическим характеристикам для определения рациональных скоростей движения; - составление модели динамики взаимодействия клубней в контейнере; -экспериментальное определение механических и размерно-массовых характеристик клубней картофеля; - определение допустимых амплитудно - частотных характеристик вертикальных колебаний при перевозке клубней картофеля; - разработка рекомендаций по применению рациональных скоростей движения по грунтовым и асфальтовым дорогам, а также конструктивного улучшения контейнеров.
Статистические характеристики микропрофилей с.х дорог
Таким образом в нашем распоряжении имеются математические зависимости достаточно хорошо описывающие статистические свойства микропрофилей дорог, полей и садов. Корреляционные функции позволяют выявить наиболее часто встречающуюся длину неровностей и осредненное значение высоты неровностей. В сочетании со знанием закона распределения соответствующего нормальному, высот и длин отдельных больших по высоте неровностей, мы получаем полную картину внешних воздействий, прилагаемых к транспортным средствам, при их движении по полям, садам и по дорогам с покрытием.
Отсутствие во многих случаях сельскохозяйственных дорог с твердым и ровным покрытием и тенденция к повышению скоростей движения транспортных средств приводит к недостаточной плавности хода и вызывает механическую поврежденность продуктов. Низкая плавность хода транспортных средств связана с большим числом возмущающих воздействий различающихся по своей природе, характеру действия и направлению. Силы эти обусловлены как внутренними, так и внешними причинами. Внутренними причинами являются неуравновешенность деталей и неравномерность их вращения, эти причины вызывают обычно высокочастотные колебания (вибрации). Внешними причинами являются неровная поверхность дороги, изменение скорости и направления движения транспортного средства и другие. По характеру действия внешние возмущающие силы делятся на единичные и постоянно действующие. Единичные возмущения возникают при повороте транспортных средств, трогании с места, при разгоне, а также вследствие случайных воздействий отдельных глубоких выбоин на дороге, порывов ветра, резких торможений. Непрерывно действующие возмущения, вызванные движением по дороге с неровной поверхностью, имеют, как правило, случайный характер, хотя иногда и действуют по закону, близкому к периодическому. Возмущающие силы имеют весьма различное направление и поэтому их удобно представлять в виде трех составляющих, направленных вдоль координатных осей связанных с дорогой и в виде трех моментов относительно тех же осей. Так, например, возмущающую силу, действующую на переднее левое колесо (рис.2.6) можно разложить на составяющие у У О сила может вызвать подергивание транспортной машины, у боковое подергивание, сила t-покачивание. Кроме того будут дей-ствовать моменты Q a+Q h которые могут вызвать галопирование, пошатывание и рыскание транспортного средства. Результат действия возмущающей силы на колебательную систему, какой является транспортное средство, в большой степени зависит от продолжительности Tv действия возмущения которую следует сравнивать с периодом собственных колебаний Т. Если TV T, то возмущающая сила меняется медленно, действует длительное время и ее действие приравнивается к статическому. При у = Т, независимо от того является сила единичной или непрерывно действующей, она вызовет (вследствие наличия упругих элементов) увеличение отклонения по сравнению с отклонением при статическом действии силы. Когда т т, то возмущающая сила вызовет малые перемещения по сравнению с перемещением при статическом действии такой же силы. В этом случае действие силы носит ударный характер и оценивается ее импульсом. При внутрихозяйственных перевозках основная масса грузов перевозится на автомобилях, подрессоренных и неподрессоренных прицепах. Плавность хода последних исследовалась при движении прицепов по грунтовой дороге [35]. При этом с помощью тензо-метрической аппаратуры и датчиков, установленных на контейнере, определялись ускорения колебаний в трех основных плоскостях, при разной загрузке прицепов и различных скоростях их движения. Анализ осциллограм показал, что при уменьшении полезной нагрузки, а также при увеличении скорости движения прицепов, величины ускорений колебаний возрастали, особенно это было заметно при переезде отдельных глубоких неровностей. В диапазоне скоростей от 10 до 30 км/час ускорения колебаний груза в подрессоренном и неподрессорєнном прицепах при движении по участкам дороги с высотами неровностей от 1 до 3 см и длиной от 200 до 300 см не превышали 0,25д (д-ускорение свободного падения). Наибольших значений ускорения колебаний достигали при; переезде отдельных неровностей. Так при движении подрессоренного прицепа со скоростью 20 км/час наблюдались ускорения в вертикальном направлении в 3,5 g при частоте колебаний 1,5" гц., в то же время в поперечном направлении ускорения были порядка 1,5д. В продольном направлении ускорения выше 1д: были редки, хотя в отдельных случаях достигали от 3 до 4д, но были ударного характера с длительностью воздействия около 0,1-0,05с.
Сравнение ускорений колебаний в вертикальном направлении при движении подрессоренного и неподрессоренного прицепов не выявило существенных различий при этих испытаниях. В поперечном направлении ускорения колебаний у неподрессоренного прицепа были, как правило, в два раза выше и приближались по величине к вертикальным.
Утомляемость механизаторов и повреждаемость продуктов при внутрихозяйственных перевозках связана в основном с вынужденными колебаниями транспортных средств, вызываемыми действием на них неровностей дорог и полей. Непрерывную последовательность дорожных неровностей принято называть микропрофилем дороги.
Прочность клубня картофеля при ударных воздействиях
Достаточно точное определение огибающей в области всестороннего растяжения не существенно, так как в практике сельскохозяйственного производства такого вида нагружения, клубней не встречаются. Что касается не учета промежуточных главных напряжений, то в отдельных случаях это может привести к отклонению результатов: до 10%.
Абсциссы и ординаты точек касания кругов Мора огибающей представляют нормальные и касательные напряжения при которых начинается разрушение .если они одновременно возникают в какой -то точке мякоти клубней .
Таким образом, физический смысл выбранной нами теории: предельного напряженного состояния, в основу которого положен феноменологический подход Мора, можно сформулировать следующим образом: нарушение прочности мякоти наступает при достижении касательными напряжениями некоторой критической величины .
Одинаковый: результат, полученный при использовании феноменологического подхода и теории максимальных касательных напряжений, дает возможность рекомендовать последнюю при расчетах. На предпочтительное использование этой теории указывают и результаты опытов по повреждению клубней; при ударе их о жесткую поверхность, поскольку первые заметные повреждения мякоти появляется в области максимальных касательных напряжений.
Исследование прочности мякоти и клубней картофеля при ударе проводилось нами на установке маятникового типа. Программа лабораторных исследований включала в себя проведение экспериментов на усовершенствованной нами установке (рис. 4.10) с целью определения: 1) промежутка времени, в течение которого происходит разрушение тканей мякоти клубней при динамических нагрузках; 2) прочностных свойств (предела прочности) мякоти клубней при динамических нагрузках, а также влияние периода зимнего хранения на прочность; 3) упругих свойств (модуля упругости) мякоти клубней в- период массовой уборки картофеля при динамических нагрузках, а также после зимнего хранения. Методика проведения экспериментов была следующая. Из клубней вырезались образцы мякоти цилиндрической формы при помощи специальных приспособлений - шаблонов разного диаметра: 14 мм, 17 мм, 20 мм. Образцы разного диаметра и высоты подвергались разрушению при динамических нагрузках, создаваемых установкой. В момент разрушения образца маятником (рис. 4.16) на осцилограмме фиксировались следующие параметры: максимальная сила разрушения, импульс силы и время, затраченное на разрушение. Маятник после разрушения образца фиксировался специальным приспособлением. Стрелка 2 потенциометра по шкале 1 фиксировала угол подъема маятника в холостом режиме и при разрушении образца. Повторность опытов с образцами каждого диаметра и высоты была принята нами 20 - кратной, что обеспечивало среднюю ошибку опыта в пределах 4,5%. Тензометрическая аппаратура включала в себя десятиканаль-ный тонзометрический усилитель типа "Топаз-3". Аппаратура предназначена для измерения динамических деформаций с помощью тензометрических датчиков и записи их светолучевым осциллографом Прибор имеет высокую чувствительность и достаточно широкий диапазон частот собственных колебаний шлейфов. Величина выходной мощности обеспечивает работу усилителя с большинством типов шлейфов. В каждом канале имеется возможность работы с выносным мостом: или полумостом тензодатчиков. Соединение тензодатчиков ПКБ-200 Ом в нашем: случае осуществлялось по полумостовой схеме (рис. 4.18). Для регистрации сигналов, усиленных через "Топаз-3" , пользовались светолучевым осциллографом НО - 4413, в котором применялся гальванометр - вставка рамочного типа М.004.1.2 с рабочей полосой частот от 0 до 600 Гц. Осциллограммы снимались на осциллографную бумагу шириной 120 мм, светочувствительностью 800 единиц ГОИ с отметкой времени через 0,01 с при скорости: протяжки ленты 640 мм/с. Тарировка приборов осуществлялась перед каждым замером. Эксперименты проводились на картофеле сорта "Пригожий" и сорта "Невский" урожая 2000 г. Масса ролика маятника - 6,7 кг.
Методика и результаты определения механических свойств клубней картофеля при статических испытаниях
При транспортировке наблюдается ударные воздействия на клубни и их соударение. При ударах пластические свойства не успевают проявиться и клубни ведут себя как упругие тела.
Расчитывая соударения клубней с жесткими поверхностями контейнеров и друг с другом по формулам контактной прочности и, мы получили при прямом ударе допустимые скорости соударения соответственно 3 м/с и 2,3 м/с. Эти формулы можно использовать и при других видах ударов. Упругий удар сопровождается малым поглащением энергии удара на допустимую деформацию клубней; Снизить или вообще исключить повреждение клубней можно лишь за счет гашения энергии удара самой поверхности контейнера.
Подбор рациональной толщины и: жесткости поверхности контейнера является одним из практических выходов наших исследований.
Клубни картофеля, с достаточно хорошим приближением, в месте контакта имеют сферическую поверхность .поэтому при расчетах клубни представим в виде шаров. Подбор упругих свойств покрытий и их толщины ведем при тех условиях, что давление по пятну контакта даже в самой опасной точке не должно превосходить напряжений разрушающих мякоть клубней.
Проведенные нами исследования упругих свойств пенополиуретана (рис. 4.28) указывают на возможность представления диаграммы сжатия в виде двух прямолинейных участков.
Первый участок характеризует жесткость пористого состояния и указывает на то, что жесткость равна 0.2 МПа. Второй - жесткость материала из которого изготовлены эти листы пенополиуретана, она равна 3 МПа.
Учитывая необходимость гашения значительных энергий, желательно, чтобы при ударе деформировалось упругое покрытие.а не клубни. Получить близкие к этому случаю условия можно, если жесткость мякоти клубней будет больше жесткости покрытия. Анализ графика на рис. 4.26 указывает на то, что при ударе клубня о пенополиуретан деформироваться будет сам пенополиуретан, пока относительная деформация его не превзойдет 0.6, при этом на клубень будут действовать максимальные давления не выше 0,15 МПа, что вполне допустимо для клубней, предел прочности которых колеблется около 2 МПа в широких пределах в зависимости от сорта и сроков уборки и хранения. Из уравнения (3.9) видно, что варьируя жесткостью и толщиной покрытия, можно предохранить клубни от повреждений при ударе, выбрав при этом наиболее экономичный вариант. Так на графике 4.29 представлена зависимость допустимой высоты падения клубней от толщины покрытия из пенополиуретана. Как видно из графика уже 15 мм слоя пенополиуретана достаточно, чтобы предохранить клубни от повреждения при падении их с высоты 2 м. При этом были взяты клубни с размерами около 70 мм с весом около 150 грамм. Создавая специальные упругие покрытия с большой пористостью, а следовательно, и большей предельно допустимой относительной деформацией пр , можно снизить вес покрытия. Увеличивая жесткость пористого материала, существенно уменьшим толщину покрытия. Так, задавшись єцр=0.5 построим графики зависимости жесткости покрытия от толщины при разных высотах падения клубней картофеля (рис. 4.30). Анализ полученных графиков (рис. 4.30) указывает на то.что при повышении жесткости покрытия, например, до 1,5МПа можно обеспечить сохранность клубней, падающих с высоты Зм при толщине пенополиуретана 3 мм. 1. По результатам испытаний образцов из мякоти клубней, мякоть можно представить моделью тела состоящего из упругой и упруго-вязкой частей соединенных последовательно. 2. Повреждаемость клеток мякоти клубней картофеля происходит при достижении определенной величины относительной деформации (около 0, 09 мин-1), и не зависит от скорости относительной деформации. 3. Предел прочности мякоти клубней существенно зависит от скорости деформации и сортов картофеля и уменьшается по мере хранения. 4. Мякоть клубней по разному работает на растяжение и сжатие, так; при статическом нагружении у сорта "Невский" предел прочности при растяжении 1МПа, при сжатии 2 МПа при срезе 0,64 МПа. 5. При ударных процессах работает только упругая часть модели, при этом у сорта "Невский" модуль упругости равен 45 МПа, а прочность 3 МПа. 6. Предельно-допустимая энергия каждого удара изменяется в 8 раз при изменении числа ударов от одного до тысячи.
