Determination of time for orienting of bulbs in vibration seed cell

Abstract

The article presents the results of theoretical and experimental studies determining the time for orienting of bulbs in vibration seed cell of planter during planting from free position to the position when bulb stem is downward directed.

Full Text

Цель данной работы - определение времени ориентирования луковиц в вибрационных ячейках лукопосадочной машины при выполнении технологического процесса посадки луковиц. Согласно существующим рекомендациям, посадка луковиц должна производиться донцем вниз [1]. Для механизированной посадки луковиц донцем вниз предложено устройство - вибрационная ячейка, совершающая вынужденные колебания по гармоническому закону и позволяющая ориентировать луковицы из произвольного положения в положение донцем вниз [2]. Ориентирование луковиц в вибрационных ячейках основано на теории ориентирования и устойчивости тел и физико-механических свойствах луковиц. После западания в ячейку луковица за счет своей округлой формы, наличия вешки, положения центра тяжести, смещенного к донцу луковицы, формы ячейки, ее размеров и воздействия ударных импульсов от стенок ячейки в процессе ее колебания стремится занять устойчивое положение - донцем вниз. Такое положение соответствует теории устойчивости тел, так как луковица при этом имеет минимум потенциальной энергии [3]. С целью определения времени ориентирования луковиц проведены теоретические расчеты, получено экспериментальное подтверждение. Время t ориентирования луковицы из положения донцем вверх в положение донцем вниз определим по известной из механики формуле [3]: t = = , (1) где - угловая скорость поворота луковицы после удара о стенку ячейки, рад/с; - угол, на который необходимо повернуть луковицу при ее ориентировании, рад (град.); . Значение определим по формуле для линейной скорости: = V2 / R, (2) где V2 - линейная скорость центра тяжести луковицы после соударения со стенкой ячейки, м/с; R - радиус поворота луковицы, м (примем его равным наибольшему радиусу луковицы). V2 = V1 , (3) где V1 - скорость центра тяжести луковицы до соударения со стенкой ячейки, м/с; - коэффициент восстановления при ударе. Определим V1 из закона вынужденных гармонических колебаний тела: V1 = при . Подставив значение в формулу (1) и выполнив некоторые преобразования, получим окончательный результат для времени ориентирования: , (4) где a - амплитуда колебаний ячейки, м; - частота колебаний ячейки, рад/с. Значения для рассматриваемого положения луковицы остаются постоянными, поэтому = const = . Тогда выражение (4) примет вид: . (5) Время ориентирования луковицы при установленной (обоснованной) форме ячейки зависит от амплитуды и частоты ее колебаний. Минимальное время можно получить на оптимальных режимах вибрации ячейки. Следовательно, выражение (5) на этих режимах будет определяющим фактором при ориентировании луковиц, так как характеризует наилучшее качество их ориентации. После подстановки в формулу (5) числовых значений ее составляющих ( ; ; ; ; ) определено расчетное время ориентирования луковицы из произвольного положения в положение донцем вниз t = 1/3…1/2 с. Для определения действительного времени ориентирования луковиц в вибрационных ячейках проведены экспериментальные исследования по следующей методике: 1) выполнены ячейки определенной формы и размеров, исходя из физико-механических свойств луковиц; 2) выполнена лабораторная установка, позволяющая проводить эксперименты по ориентированию луковиц в вибрационных ячейках; 3) проведены экспериментальные исследования стопроцентного ориентирования луковиц донцем вниз из произвольного положения с целью определения оптимальных режимов вибрации и параметров ячейки [2]. После полного определения всех факторов, влияющих на качественное ориентирование луковиц донцем вниз, определено время их ориентирования. Для определения точного времени ориентирования проведена ускоренная киносъемка камерой «Киев-16-У». При этом выбраны такие режимы вибрации, на которых происходила стопроцентная ориентация луковиц: частота 24 с-1, амплитуда 0,0013 м. Число кадров киносъемки равнялось частоте колебаний ячейки - 24 кадра в секунду. Такое равенство позволило по числу кадров определить время ориентирования луковиц в ячейке. Всего произведено 100 замеров в трехкратной повторности. Луковицы клали в ячейку вручную донцем вверх. Конец съемки - ориентация луковиц донцем вниз. Обработанные результаты киносъемки представлены на рисунке. Время ориентирования подсчитано по среднему числу кадров на кинопленке 8 кадров, что соответствует 8/24 1/3 с. Таким образом, результаты экспериментальных исследований достоверны и сходятся с теоретическими расчетами. Результаты проведенных исследований в дальнейшем позволили правильно рассчитать скорость движения агрегата лукопосадочной машины с вибрационно-ячеистым аппаратом при посадке луковиц донцем вниз в соответствии с существующими рекомендациями.