Теоретические основы процесса отделения плодов томатов планетарными вальцами

Основание плода томата держится на плодоножке, которая, в свою очередь, прикреплена к стеблю. Для отделения плода необходимо, чтобы отрыв плодоножки происходил в месте присоединения ее к основанию плода.

Разрыв обеспечивается при условии, что на плодоножку в поперечном направлении действует сила сжатия, в продольном — сила растяжения и переменный по направлению изгибающий момент. Сочетание указанных сил и момента наблюдается в работе планетарного плодоотделяющего аппарата. Усилие разрыва плодоножки при растяжении с изгибом уменьшается в 3−5 раз по сравнению с растяжением без изгиба.

На рисунке 1 изображена схема действия на основание плода и плодоножку сил нормального давления N, трения Т и растяжения Р в том случае, если диаметры и рабочие поверхности парных вальцов одинаковы. При этом углы охвата вальцов стеблем и плодом, силы N, Т и равнодействующие силы R для обоих вальцов одинаковы, изгиб плодоножки отсутствует, и разрыв ее чаще всего происходит в середине.

Диаметры и рабочие поверхности планетарных вальцов 3 и 4, находящихся в паре, в общем случае не одинаковы, поэтому, , и .

Для отделения плода необходимо выполнение условия:

(1).

где и — сумма проекций сил Т₃ и Т₄ и соответственно N₃ и N₄ на направление движения стебля.

Процесс отделения плода от стебля планетарным вальцом состоит из двух этапов: растяжение плодоножки и ее двухсторонний изгиб. Рассмотрим первый этап.

плодоножка томат валец.

Рис. 1 Отделение плодов томатов планетарными вальцами

В результате относительного перемещения вальцов 3 и 4 и воздействия на основание плода переменных сил R₃ и R₄ на плод оказывает влияние переменный по величине и направлению момент. Плодоножка при этом изгибается и растягивается так, что наибольшее напряжение испытывают крайние наружные или внутренние волокна в месте прикрепления плодоножки к плоду. Разрыв плодоножки произойдет, как только напряжения в месте соединения с плодом достигнут критических значений.

Примем, что плодоножка — гибкая нить, прикрепленная к середине основания плода, а сила Р направлена вдоль среднего волокна плодоножки, d_п — диаметр плода; - длина плодоножки на участке 5−6; ₁ — угол между прямыми 5−6 и 5−7, определяющий направление силы Р, ₂ — угол между прямыми 1−2 и О₃-О₄, определяющий положение основания плода в рабочей щели.

Расчетами установлено, что. В результате проектирования сторон трапеций 1О₃56 и 2О₄56 на направления 5−6 и О₃О₄ и преобразований получим.

.

(2).

где m — разница радиусов смежных вальцов,; n — разница между длиной плодоножки и m, .

Длина плодоножки l может быть принята равной.

(3).

где r_ср — средний радиус вальцов, .

Из трапеции 1О₃56 следует:

. (4).

Если и, то из уравнений моментов сил R₃, R₄ и Р относительно точек 1 и 2 имеем соответственно.

, (5).

где М_и — момент сопротивления плодоножки изгибу, М_и = 0,04−0,07 Нм.

Если и, то.

. (6).

Примем, что ₁ и ₂ — углы между направлениями нормальных давлений N₃ и N₄ и скоростей V₁ и V₂ соответственно. Если скорости V₁ и V₂ направлены вне углов трения ₃ и ₄, т. е. ₁ > ₃ и ₂ > ₄, то вальцы 3 и 4 пробуксовывают по основанию плода, и направления векторов и определяются значениями углов ₃ и ₄, а модули R₃ и R₄ — по формулам (6). Если ₁ < ₃ и ₂ < ₄, то направления векторов и совпадают с направлениями V₁ и V₂ соответственно. Тогда, определяя модули R₃ и R₄, в формулах (6) и (7) вместо ₃ и ₄ следует подставить значения ₁ и ₂ соответственно.

Итак, положение основания плода в начале соприкосновения его с вальцами определяется соотношением диаметров вальцов d₃ и d₄ и основания плода d_п. В свою очередь величины и направления сил R₃ и R₄ зависят от положения основания плода в рабочей щели, а также от значений ₃ и ₄.

Если ₁ > ₃ и ₂ > ₄, то условия для незахвата плода вальцами 3 и 4 будут выглядеть так:

, (7).

где и — углы, заключенные между плоскостью основания плода и направлением сил N₃ и N₄ соответственно.

Если ₁ < ₃ и ₂ < ₄, то условия для незахвата плода вальцами 3 и 4:

. (8).

Время отделения плода от стебля планетарными вальцами t0 определено по формуле:

(9).

где — относительное удлинение плодоножки; - длина плодоножки; - радиус начальной окружности перекатывания барабана 1 по барабану 2,, А — расстояние между центрами барабанов 1 и 2; V_ст — скорость стебля.

Мощность, потребная для отделения плода от стебля вальцами двух барабанного аппарата W_п, равна:

(10).

где е_с — количество стеблей, одновременно находящихся в рабочей щели;

е_п — среднее количество плодов на стебле; и — момент равнодействующих сил R₃ и R₄ относительно мгновенных осей вращения вальцов 3 и 4.

Мощность, расходуемая на отбрасывание плода вальцами W_q, определяется по формуле:

(11).

где q — масса одного плода.