Многофункциональный стенд для исследования прочности плодов помидоров Российский патент 2024 года по МПК G01N3/40 A23N15/00 

Изобретение относится к сельскохозяйственному приборостроению и может быть использовано в научно-исследовательских лабораториях, а также в предприятиях АПК для определения прочности плодоовощной продукции, при необходимости ее дальнейшей транспортировки и хранения.

Известен прибор для определения прочности плодов, преимущественно бахчевых культур, содержащий опорный стол для размещения плода, нагружающее устройство и силоизмерительное приспособление, фиксирующее разрушающее плод усилие, отличающийся тем, что, с целью возможности измерения величины деформации плода в момент его разрушения, нагружающее устройство выполнено в виде гидропривода, в схему которого включено реле давления, являющееся датчиком момента разрушения плода, при этом с целью измерения величины деформации плода в момент его разрушения, шток гидроцилиндра кинематически связан с указателем часового типа (А. с. к изобретению №280933, опубл. 1970).

К недостаткам этого прибора относятся недостаточные функциональные возможности.

Известно устройство для определения усилия прокалывания плодоовощной продукции включает весы, содержащие корпус с горизонтальным уровнем, приспособление для размещения плодоовощной продукции, динамометр с измерительной шкалой, стрелкой и ползуном-меткой, установленным с возможностью перемещения под действием стрелки динамометра, прижимное устройство с приспособлением для контакта с плодоовощной продукцией, отличающееся тем, что ползун-метка установлена на направляющей, имеющей форму дуги и закрепленной вдоль шкалы динамометра (Патент на полезную модель RU №121997 U1, опубл. 2012).

К недостаткам этого устройства относится отсутствие возможности исследования динамической деформацией плодоовощной продукций, невозможность исследования деформации нескольких плодов одновременно, невозможность визуализации результатов в виде диаграммы деформации и разрушения плодов.

Известен прибор для определения прочности плодов (Варланов Г.П. Машины для уборки фруктов. М. «Машиностроение», 1978 г. Стр. 9-10, рис. 3), который имеет основание, на котором закреплены стойки. На стойке закреплен кронштейн, к которому шарнирно присоединен рычаг. По рычагу перемещается груз (один или два массой до 10 кг). На конце рычага смонтирован световой сигнализатор (на схеме не показан), с помощью которого определяют начало воздействия нагрузки, при этом устанавливают механический индикатор на нулевую отметку. В качестве деформатора на этом приборе используется пластина. При необходимости к пластине можно с помощью винтов прикрепить деформатор любой формы (двугранный, круглый и др.). Эксцентриковый механизм обеспечивает плавное опускание рычага с грузом при нагружении плода. Параллельность рычага во время опытов при нагружении плодов различных размеров достигается за счет перемещения кронштейна по стойке.

К недостаткам этого прибора относится невозможность определения прочности кожуры, так как определяется статическая прочность плода в целом.

Данный прибор принят нами в качестве прототипа.

Задача, решаемая предлагаемым решением - определение прочности кожуры плодов помидоров, при необходимости дальнейшего хранения и транспортирования плодоовощной продукции.

Техническим результатом является расширение функциональной возможности за счет широкого изменения нагрузок деформации, возможности исследования одновременной деформации нескольких плодов, широкого набора деформаторов различной формы и визуализации процесса деформации (разрушения) плода в режиме реального времени.

Указанный технический результат достигается многофункциональным стендом для исследования прочности плодов помидоров, содержащий рычажную систему из станины, стойки и рычага, нагружающую систему из груза, деформатора и опорной площадки с плодом, средства измерения и фиксации показателей в виде индикатора, согласно изобретению, дополнительно содержит кронштейн, шарниры, электроактуатор, регулятор частоты вращения, стабилизированный источник питания, кулисный камень, штангу, соединительную муфту, толкатель, винты, площадку с пластиной, стойку для крепления индикатора, тензометрическую балку с наклеенными тензорезисторами, тензоусилитель, аналогово-цифровой преобразователь и компьютер, при этом стойка состоит из направляющего цилиндра, внутри которого устанавливается штанга и длина стойки изменяется посредством фиксирующего винта, при этом стойка со стороны направляющего цилиндра крепится в кронштейн, установленный на станине, а со стороны штанги крепится к рычагу посредством шарнира, при этом стойка с кронштейном может перемещаться вдоль станины и по рычагу посредством шарниров, при этом электроактуатор крепится корпусом к станине посредством шарнира, а штоком к одному концу рычага с помощью шарнира, электродвигатель которого подключен к стабилизированному источнику питания через регулятор частоты вращения, при этом на другом конце рычага устанавливается кулисный камень, к которому шарнирно крепится штанга с толкателем на соединительной муфте и жестко фиксируются винтами посредством выемок, при этом толкатель имеет площадку под груз, к которой крепится жесткая пластина, взаимодействующая с щупом индикатора, закрепленного на стойке, установленной жестко на станине, при этом к толкателю посредством винта крепится деформатор, который может быть выполнен в различных исполнениях, при этом к станине жестко крепится тензометрическая балка с жестко установленной на ней опорной площадкой, при этом на тензометрической балке наклеены тензорезисторы, которые последовательно соединены тензоусилителем, который соединен с аналогово-цифровым преобразователем и компьютером посредством проводов.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 - общий вид многофункционального стенда для исследования прочности плодов помидоров.

На фиг.2 - фиксация штанги и толкателя.

На фиг.3 - стакан для испытания нескольких плодов.

На фиг.4 - деформатор в различных исполнениях.

На фиг.5 - вид А-А.

Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения, заключаются в следующем.

Многофункциональный стенд для исследования прочности плодов помидоров содержит рычажный механизм, нагружающую систему и средства измерения и фиксации показателей.

Многофункциональный стенд для исследования прочности плодов помидоров (Фиг. 1) состоит из станины 1, на которой установлены кронштейн 2 с возможностью перемещения вдоль станины. В кронштейне 2 крепится направляющий цилиндр 3, внутрь которого установлена штанга 4, которая фиксируется в требуемом положении винтом 5. Штанга 4 другим концом крепится к рычагу 6 посредством шарнира 7. Направляющий цилиндр 3 и штанга 4 образуют стойку переменной длины. Для крепления штанги предусмотрены на рычаге 6 шарниры 8 и 9. К станине 1 посредством шарнира 10 крепится электроактуатор 11, шток которого в свою очередь крепится к рычагу 6 в шарнире 12. Электродвигатель 13 актуатора подключен через регулятор частоты вращения 14 к стабилизированному источнику питания 15. На противоположном конце рычага 6 установлен кулисный камень 16, к которому шарнирно крепится штанга 17, к штанге 17 посредством соединительной муфты 18 крепится толкатель 19. Фиксация штанги 17 и толкателя 19 в муфте 18 осуществляется винтами 20. Для жесткой фиксации в штанге 17 и толкателе 19 предусмотрены выемки 21 (Фиг. 2). На толкателе 19 выполнена площадка 22 для установки груза 23, к площадке 22 крепится жесткая пластина 24 с которой взаимодействует щуп индикатора 25, установленного в стойке 26, которая в свою очередь жестко крепится к станине 1. К толкателю 19 крепится деформатор 27 посредством винта 28. Между деформатором 27 и опорной площадкой 29 установлен испытуемый плод (овощ) 30. Опорная площадка 29 жестко установлена на тензометрической балке 31, которая в свою очередь жестко крепится к станине 1. На балке 31 наклеены тензорезисторы 32, которые последовательно соединены тензоусилителем 33, а тот в свою очередь с аналогово-цифровым преобразователем 34, соединенным с персональным компьютером 35 проводами.

На опорную площадку 29 (Фиг. 3) может устанавливаться стакан 36 для размещения в нем несколько испытуемых плодов 30. Деформатор может быть выполнен в различных исполнениях (Фиг. 4): плоским (Фиг. 4, а); сферическим (Фиг. 4, б), имитирующим воздействие соседнего плода; в виде цилиндра (Фиг. 4, в); в виде иглы (Фиг. 4, г); в виде конуса (Фиг. 4, д); в виде решетки (Фиг. 4, е), имитирующую воздействие стенок и дна пластиковых ящиков для овощей и плодов.

Многофункциональный стенд для исследования прочности плодов помидоров работает следующим образом.

Для исследования статической деформации плодов штанга 17 и толкатель 19 разъединяются путем выкручивания винтов 20. Между деформатором 27 и опорной площадкой 29 устанавливается плод 30. Шкала индикатора 25 устанавливается на "0", а на площадку 22 устанавливается груз 23 заданной массы. Деформацию плода в течение заданного промежутка времени регистрируют по индикатору 25. Для исследования твердости используются деформаторы в виде цилиндра (Фиг. 4, в), в виде иглы (Фиг. 4, г), в виде конуса (Фиг. 4. д). Для исследования статической деформации плодов, имитирующее их расположение в таре в несколько слоев на опорную площадку 29 (Фиг. 3) устанавливается стакан 36, внутрь которого укладывают несколько плодов 30, в зависимости от условий имитации статического воздействия выбираются соответствующие деформаторы (Фиг. 4). В зависимости от размера плодов 30 начальное расстояние между деформатором 27 и опорной площадкой 29 можно отрегулировать выдвижением штанги 4 из цилиндра 3. Работа стенда в этом случае аналогична, как и при исследовании одного плода.

Для исследования деформации плодов под динамической нагрузкой, а также для получения диаграмм разрушения плодов и определения их предела прочности работа стенда осуществляется следующий образом. Штанга 17 и толкатель 19 должны быть жестко соединены муфтой 18. Индикатор 25 может быть снят со стойки 26 груз 23 не устанавливается. Также, как и при статическом исследовании между деформатором 27 и опорной площадкой 29 укладывается плод. Регулятором частоты вращения 14 электродвигателя 13 устанавливается требуемая скорость деформации, включается питание от источника 15. Шток актуатора 11 начинает выдвигаться вверх (Фиг. 1), поворачивая рычаг 6 против часовой стрелки (по схеме) относительно шарнира 7. С другой стороны, рычаг 6 заставляет штангу 17 перемещаться вниз вместе с толкателем 19 и деформатором 27. Усилие через плод 30 передается на опорную площадку 29 и соответственно на консольный конец тензобалки 31. При деформации балки 31 тензорезисторы изменяют свое сопротивление, изменение которого преобразуется в ток и усиливается в тензоусилителе 33, сигнал далее поступает на аналогово - цифровой преобразователь 34, на него же одновременно поступает и сигнал от датчика положения штока с актуатора 11. Далее с аналогово-цифрового преобразователя сигналы поступают на персональный компьютер 35 и обрабатываются программой, результатом которой является диаграмма нагружения т.е. зависимость изменения усилия от деформации F(x).

Для увеличения усилия деформации, но уменьшения скорости деформации штанга 4 крепится к шарниру 8, а кронштейн 2 смещается влево и закрепляется. Для уменьшения усилия деформации и увеличения ее скорости, штанга 4 закрепляется в шарнире 9, а кронштейн 2 смещается вправо. Для подготовки к новому испытанию посредством регулятора актуатор 11 реверсируется, шток втягивается, устанавливается новый плод 30 и требуемый деформатор 27. Стенд готов к работе.

Изобретение относится к сельскохозяйственному приборостроению и может быть использовано в научно-исследовательских лабораториях, а также в предприятиях АПК для определения прочности плодоовощной продукции. Стенд содержит рычажную систему из станины, стойки и рычага, нагружающую систему из груза, деформатора и опорной площадки с плодом, средства измерения и фиксации показателей в виде индикатора. Стенд дополнительно содержит кронштейн, шарниры, электроактуатор, регулятор частоты вращения, стабилизированный источник питания, кулисный камень, штангу, соединительную муфту, толкатель, винты, площадку с пластиной, стойку для крепления индикатора, тензометрическую балку с наклеенными тензорезисторами, тензоусилитель, аналогово-цифровой преобразователь и компьютер. Использование изобретения позволит расширить функциональную возможность исследования одновременной деформации нескольких плодов, а также обеспечить визуализацию процесса деформации плода в режиме реального времени. 5 ил.

Многофункциональный стенд для исследования прочности плодов помидоров, содержащий рычажную систему из станины, стойки и рычага, нагружающую систему из груза, деформатора и опорной площадки с плодом, средства измерения и фиксации показателей в виде индикатора отличающийся тем, что стенд дополнительно содержит кронштейн, шарниры, электроактуатор, регулятор частоты вращения, стабилизированный источник питания, кулисный камень, штангу, соединительную муфту, толкатель, винты, площадку с пластиной, стойку для крепления индикатора, тензометрическую балку с наклеенными тензорезисторами, тензоусилитель, аналогово-цифровой преобразователь и компьютер, при этом стойка состоит из направляющего цилиндра, внутри которого установлена штанга и длина стойки изменяется посредством фиксирующего винта, кроме того, стойка со стороны направляющего цилиндра прикреплена к кронштейну, установленному на станине, а со стороны штанги прикреплена к рычагу посредством шарнира, причем стойка с кронштейном имеет возможность перемещения вдоль станины и по рычагу посредством шарниров, при этом электроактуатор прикреплен корпусом к станине посредством шарнира, а штоком к одному концу рычага также с помощью шарнира, электродвигатель электроактуатора подключен к стабилизированному источнику питания через регулятор частоты вращения, причем на другом конце рычага установлен кулисный камень, к которому шарнирно прикреплена штанга с толкателем на соединительной муфт, жестко зафиксированная винтами посредством выемок, кроме того, толкатель имеет площадку под груз, к которой прикреплена жесткая пластина, взаимодействующая с щупом индикатора, закрепленного на стойке, установленной жестко на станине, к толкателю посредством винта закреплен деформатор, при этом к станине жестко закреплена тензометрическая балка с жестко установленной на ней опорной площадкой, причем на тензометрической балке наклеены тензорезисторы, которые последовательно соединены тензоусилителем, соединенный с аналогово-цифровым преобразователем и компьютером посредством проводов.