СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК G01N33/483 G01N27/00 

Предлагаемое изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к методам исследований процесса механизации уборочных работ. Оно может быть использовано селекционерами при описании выведенных сортов и составлении их паспортов, конструкторскими организациями и предприятиями сельхозмашиностроения при создании новых молотильно-сепарирующих устройств комбайнов и обосновании режимов их работы.

Одним из показателей обмолачиваемости зерновых культур, имеющих метелку, например рис, сорго и другие, является прочность связи колоска с метелкой. Прочность связи колоска с метелкой характеризует также механические свойства растения и способность сорта удерживать колоски в период полной зрелости без самоосыпания.

Известен способ определения прочности связи колосков с метелкой при помощи прибора, оборудованного шелковой нитью или музыкальной струной. Один конец нити или струны закрепляется на колоске, а второй наматывается на валик прибора. Величина натяжения нити или струны до отрыва колоска служит показателем усилия отрыва колоска от метелки (см. Г.М.Гинько. Физико-механические свойства риса и их влияние на качество обмолота. / Земледельческая механика (сборник трудов). Машиностроение. 1965 г., с.35-65).

Известно устройство для определения физико-механических свойств риса, содержащее шелковую нить или музыкальную струну, натяжение которых осуществлялось постепенным их наматыванием на валик (см. Г.М.Гинько. Физико-механические свойства риса и их влияние на качество обмолота. / Земледельческая механика (сборник трудов). Машиностроение. 1965 г., с.62).

Недостатком известных технических решений является большая погрешность получаемых данных, поскольку при этом фиксируется не величина усилия отрыва колоска от метелки, а величина растяжения (удлинения) нити или струны, предварительно отградуированных в соответствии с массой грузов.

Известен способ, когда отрыв колоска от метелки осуществляется путем подвешивания к колоску с помощью кольца чашки весов. На чашку весов постепенно добавляются разновесы, струйка дроби или песок, вплоть до отрыва колоска. Сумма разновесов с учетом массы чашки с кольцом составляет усилие отрыва (см. рис.7. Г.М.Гинько. Физико-механические свойства риса и их влияние на качество обмолота. / Земледельческая механика (сборник трудов). Машиностроение. 1965 г., с.62).

Недостатками этого способа являются высокая трудоемкость (все операции - подвешивание чашки, установка разновесов, их взвешивание, определение результатов делаются вручную) и недостаточная достоверность результата, поскольку визуально точно установить массу разновесов при их помещении в чашку в момент отрыва весьма сложно и практически невозможно.

Наиболее близким по технической сущности к требуемой точности определения механической связи колосков с метелкой, усилий на разрыв стеблей и листьев сельскохозяйственных культур является способ, включающий механическое воздействие на место отрыва колоска от метелки и установление силы отрыва колоска от метелки с помощью измерительного прибора динамометра ДШ-3 конструкции ВИСХОМ (см. Г.М.Гинько. Физико-механические свойства риса и их влияние на качество обмолота. / Земледельческая механика (сборник трудов). Машиностроение. 1965 г., с.63).

Известно устройство, содержащее зажим для метелки и гибкую неупругую связь, через которую колосок метелки соединен с установкой, создающей механическое воздействие на место отрыва колоска от метелки и измерительный прибор для установления силы отрыва колоска от метелки.

В известном устройстве между чашкой (см. описание выше) и колоском устанавливается динамометр. Увеличение массы разновесов в чашке, вплоть до отрыва колоска, фиксируется на шкале динамометра.

Недостатками известных технических решений являются большие затраты труда на определение усилий отрыва колосков с метелки, которых, как правило, на современных сортах находится 100-200 штук на одной метелке, громоздкость оборудования - штатив, чашка, разновесы, динамометр.

Техническим решением задачи является повышение точности и обеспечение достоверности измерений, расширение диапазона использования способа для определения механической связи и прочности не только колоска с метелкой, но и листьев со стеблем, усилия на разрыв самого стебля, а также снижение затрат на выполнение указанной работы.

Решение поставленной задачи осуществляется тем, что в способе определения механических свойств сельскохозяйственных растений, включающем механическое воздействие на место отрыва колоска от метелки и установление усилия отрыва колоска от метелки, согласно изобретению в качестве механического воздействия используют вращение вала двигателя постоянного тока, а для установления усилия отрыва колоска от метелки используют показания амперметра, предварительно проградуированного в соответствии с угловой скоростью вращения вала двигателя, а в устройстве для реализации способа определения механических свойств сельскохозяйственных растений, включающем зажим для метелки и гибкую неупругую связь, через которую колосок метелки соединен с установкой, создающей механическое воздействие на место отрыва колоска от метелки и измерительный прибор для установления усилия отрыва колоска от метелки, согласно изобретению установка, создающая механическое воздействие на место отрыва колоска от метелки, выполнена в виде электродвигателя постоянного тока, вал которого снабжен двуплечим рычагом, а обмотки якоря соединены с регулируемым источником питания через выключатель и амперметр, при этом одно из плеч рычага через гибкую неупругую связь соединено с колоском метелки, а другое плечо - с контактом выключателя.

Новизна заявляемого предложения заключается в том, что в известном техническом решении, включающем зажим для метелки, гибкую связь динамометра с колоском и чашкой для разновесов, исключается динамометр и чашка для весов, вместо которых с помощью неупругой гибкой связи колосок соединяется с валом ротора электродвигателя постоянного тока через одно из плеч двуплечего рычага, закрепленного в торце вала ротора, второе плечо которого соединено с жестко установленным концевым выключателем, служащим для отключения питания от электродвигателя при отрыве колоска от метелки. Усилие отрыва колоска от метелки, в этом случае, представляет собой аналитическую зависимость силы от вращающего момента на валу якоря двигателя постоянного тока (ДПТ):

где F_o - усилие отрыва колоска от метелки, Н;

M_вр - вращающий момент на валу ДПТ, Нм;

L - длина плеча от осевой линии вала ДПТ до точки крепления гибкой связи, м.

Вращающий момент на валу ротора ДПТ - величина переменная, определяемая величиной силы тока.

Также новизна заявляемого технического решения обусловлена еще тем, что воздействие на колосок метелки осуществляется усилием рычага, закрепленного на валу ДПТ, вращающий момент которого пропорционален току якоря, причем это усилие нарастает плавно, а не скачкообразно. В момент отрыва колоска от метелки на амперметре фиксируется сила тока, показывающая по тарировочному графику прочность его связи с метелкой; исключаются разновесы или сыпучий материал, размещаемые на чашке, которая в момент отрыва обрывается и падает вместе с колоском; резко увеличивается производительность способа; повышается достоверность получаемых данных; расширяется диапазон использования способа и устройства для определения механических характеристик стеблей, листьев сельскохозяйственных растений.

Поскольку ДПТ работает практически в режиме пуска, то механические потери на вентиляцию и реакцию якоря можно не учитывать. Тогда для ДПТ электромагнитный момент М_э будет равен вращающему моменту М_вр:

где k=pN(2πα) - конструктивный коэффициент, зависящий от конструктивных параметров машины;

р - число пар колосков ДПТ;

N - число активных проводников обмотки якоря;

α - число параллельных ветвей обмотки якоря;

Ф - магнитный поток, Вб;

I_я - ток якоря, А.

Увеличивая силу тока, подаваемого на ДПТ и фиксируемого амперметром, увеличивается вращающий момент на его валу, достигая положения, при котором усилие на рычаге, F_o (1), будет превышать прочность связи колоска с метелкой и он отделится от нее.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид устройства для определения механических свойств сельскохозяйственных растений, на фиг.2 изображена тарировочная кривая для перевода силы тока (Ампер), при которой произошел отрыв колоска от метелки, в усилие (Ньютон).

Способ определения механических свойств сельскохозяйственных растений осуществляется следующим образом.

Выбирается необходимый по мощности ДПТ и предварительно тарируется.

Например, мы выбираем ДПТ с такими паспортными данными:

номинальная мощность Р_н=30 Вт;

номинальное напряжение U_н=30 В;

номинальный ток I_н=1,4 А;

номинальный момент М_н=0,1 Нм.

Тарируется ДПТ следующим образом. ДПТ с двуплечим рычагом на валу фиксируется на лабораторном штативе.

Рядом устанавливаются электронные весы, например, ВЛТК-500. От регулируемого источника постоянного тока, например, В 5-47 плавно увеличивают напряжение, при этом фиксируют ток якоря ДПТ по амперметру и показания весов. Тарировочная кривая дана на фиг.2.

Устройство для реализации способа содержит штатив 1 с зажимом для фиксации метелки 2, неупругую гибкую связь 3, двигатель постоянного тока 4 с якорем 5, на валу 6 которого закреплен двуплечий рычаг 7, соединенный с одной стороны с неупругой связью 3, а с другой стороны с конечным выключателем, имеющим контакт 8, который совместно с амперметром 9 соединяет якорь двигателя 5 с выходом регулируемого источника питания 10, вход которого соединен с переменным резистором 11.

Устройство для реализации способа работает следующим образом. В зажиме закрепляется метелка риса 2 верхней частью вниз, нижний колосок метелки через фиксатор и неупругую гибкую связь 3 соединяется с плечом двуплечего рычага 7. Включается питание двигателя постоянного тока (ДПТ) 4 и переменным резистором 11 увеличивается ток, сила которого фиксируется амперметром 9. Увеличение силы тока приводит к пропорциональному увеличению вращающего момента якоря 5 ДПТ 4, который, поворачиваясь, через двуплечий рычаг 7 передает возрастающее усилие на неупругую гибкую связь 3 и плодоножку, через которую колосок биологически связан с метелкой. В тот момент, когда усилие, передаваемое от ДПТ 4, превысит предел прочности плодоножки на разрыв, колосок отделяется от метелки, а амперметр 9 фиксирует силу тока, при которой произошел отрыв колоска от метелки. Резкое снижение нагрузки приводит к увеличению частоты вращения якоря 5, происходящему до момента воздействия второго плеча двуплечего рычага 7 на контакт 8 конечного выключателя и отключения питания ДПТ.

По тарировочному графику сила тока, при которой произошел отрыв колоска от метелки, переводится в усилие, характеризующее прочность его связи с метелкой.

Способ включает механическое воздействие на место отрыва колоска от метелки и установление усилия отрыва колоска от метелки. В качестве механического воздействия используют вращение вала двигателя постоянного тока. Для установления силы отрыва колоска от метелки используют показания амперметра, предварительно проградуированного в соответствии с угловой скоростью вращения вала двигателя. Устройство для реализации способа включает зажим для метелки и гибкую неупругую связь, через которую колосок метелки соединен с установкой, создающей механическое воздействие на место отрыва колоска от метелки. Установка выполнена в виде электродвигателя постоянного тока, вал которого снабжен двуплечим рычагом. При этом обмотки якоря соединены с регулируемым источником питания через выключатель и амперметр. Одно из плеч рычага через гибкую неупругую связь соединено с колоском метелки, а другое плечо - с контактом выключателя. Группа изобретений позволяет повысить точность и достоверность измерений, расширить диапазон использования и снизить затраты. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения механических свойств сельскохозяйственных растений, включающий механическое воздействие на место отрыва колоска от метелки и установление усилия отрыва колоска от метелки, отличающийся тем, что в качестве механического воздействия используют вращение вала двигателя постоянного тока, а для установления силы отрыва колоска от метелки используют показания амперметра, предварительно проградуированного в соответствии с угловой скоростью вращения вала двигателя.2. Устройство для реализации способа по п.1, включающее зажим для метелки и гибкую неупругую связь, через которую колосок метелки соединен с установкой, создающей механическое воздействие на место отрыва колоска от метелки, отличающееся тем, что установка, создающая механическое воздействие на место отрыва колоска от метелки, выполнена в виде электродвигателя постоянного тока, вал которого снабжен двуплечим рычагом, а обмотки якоря соединены с регулируемым источником питания через выключатель и амперметр, при этом одно из плеч рычага через гибкую неупругую связь соединено с колоском метелки, а другое плечо - с контактом выключателя.