Спосіб визначення зусилля на перерізання сільськогосподарських матеріалів

1. Спосіб визначення зусилля на перерізання сільськогосподарських матеріалів, який включає розміщення дослідного зразка матеріалу на опорній поверхні, спрямовування різальної крайки ножа відносно вибраного місця перерізання, підведення ножа до матеріалу і встановлення моменту точки дотику дослідного зразка та різальної крайки, фіксацію положення дотику на приладі для вимірю C2 2 97332 1 3 могою приладу [3], на якому встановлюється мікрометр та записувальна відеоапаратура для підвищення точності визначення значень величини прогину зразка. Принцип дії даного приладу полягає в тому, що величина прогину зразка матеріалу передається безпосередньо на мікрометр, а інтенсивність їх зміни фіксується за допомогою відеозйомки. Величина зусиль опору деформації та перерізанню визначається на підставі перерахунку знайденого прогину за допомогою формули В.П. Горячкіна [1, 4]. Проте, ефективність використання даного способу є досить обмеженою, оскільки прилад доцільно застосувати для виявлення лише незначних зусиль (в межах від 1-100 Н) з метою визначення прогину, мікропошкоджень та початкових руйнівних деформацій, переважно для листостеблової маси сільськогосподарських матеріалів, так само як і динамографа малих зусиль [1]. Відомий також спосіб вимірювання сили різання при визначенні реологічних властивостей м'ясних продуктів та оцінки якості м'яса на підприємствах харчової промисловості [5]. Зазначений спосіб включає: приведення навантажувального штока в поступальний рух за допомогою електропривода і черв'ячного вала - шестерні; переміщення ножа і штанги динамометра годинникового типу, які з'єднані зі штоком, в напрямку дослідного зразка матеріалу, який розміщено на столику; входження ножа в дотик з поверхнею зразка і стискання динамометра штоком; фіксацію основи індикатора і вимірювання сили різання за рахунок стискання динамометра в ланцюзі - зразок матеріалу - ніж - основа динамометра - штанга динамометр. Недоліком даного способу є необхідність забезпечення вирівняного за горизонтом шару матеріалу для рівномірності дії на штангу динамометра та шток пристрою. Слід також зазначити, що різання здійснюється з використанням прямокутного ріжучого елемента ножа, щоб перерізати зразок визначеної площі в перерізі, хоча ані ширина, ані товщина, ані кути загострення ножа не враховуються і не підбираються. Крім того, пристрій, що використовується в способі, орієнтовано на застосування для продукції тваринництва, зокрема м'ясної, що містить 16-18 % білків, а також 21-37 % жирів [6], утворюючи, таким чином, зволожений матеріал у вигляді твердо-рідкої фракції: в'язкої за звичайних умов чи криги - для мерзлого стану матеріалу. Якщо ж розглядати сам процес різання, то під час перерізання такого зразка необхідно прикласти зусилля лише на подолання сил в'язкого тертя, що є дещо меншими за сили сухого тертя, які наявні під час перерізання, наприклад, рослинних залишків та інших компонентів насіннєвої суміші. Проте за кількістю схожих ознак дане рішення прийнято за прототип. В основу винаходу поставлені такі задачі: підвищити ефективність вимірювання силових характеристик сільськогосподарських матеріалів та точність їх визначення; зменшити витрати енергії на процес перерізання дослідних зразків та підвищення продуктивності праці; автоматизувати 97332 4 процес визначення показників міцності та розробити прилад для виконання вимірів. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у відомому способі визначення зусилля на перерізання сільськогосподарських матеріалів, який включає розміщення дослідного зразка матеріалу на опорній поверхні, спрямовування різальної крайки ножа відносно вибраного місця перерізання, підведення ножа до матеріалу і встановлення моменту точки дотику дослідного зразка та різальної крайки, фіксацію положення дотику на приладі для вимірювання зусиль як нульового навантаження, прикладання навантаження з боку утримуючої основи ножа до моменту появи руйнівних деформацій і остаточного перерізання зразка матеріалу з наступною реєстрацією значень показників його міцності за допомогою вимірювального приладу, відповідно до винаходу, з метою зменшення дії складових сил опору з боку матеріалу, дослідний зразок попередньо занурюють в рідину для зволоження або набрякання на певний час, в залежності від його виду та складу, а перерізання виконується або безпосередньо в рідині (наприклад, набряклого насіння сільськогосподарських культур), або після повернення зволоженого зразка матеріалу в повітряне середовище (наприклад, зволоженої листостеблової маси), причому формування руйнівних деформацій і остаточне перерізання матеріалу забезпечується за рахунок прикладання навантаження з боку опорної поверхні з дослідним зразком при незмінному фіксованому положенні утримуючої основи ножа. Крім того, з метою визначення показників міцності зразка, реєстрацію руйнівних деформацій під час перерізання зразка матеріалу виконують протягом усього часу прикладання навантаження з одночасним переведенням їх значень у цифровий код. Суть винаходу пояснюється кресленням: схема приладу для визначення зусилля на перерізання сільськогосподарських матеріалів, вид збоку. Визначення зусилля на перерізання сільськогосподарських матеріалів виконують з використанням приладу, що складається з силовимірювального тензодатчика 1, з'єднаного з ножем 2, який фіксують у тримачі 3 станини 4. Дослідний зразок 5 матеріалу, показники міцності якого необхідно визначити, розміщують на столі 6 і закріплюють механізмом фіксації 7. Стіл 6 за допомогою рамок 8 жорстко встановлюється на раму 9, в пазах якої розміщується рухома рама 10 з можливістю переміщення у вертикальному напрямку за допомогою шарнірного механізму 11. Рама 10 призначена для утримання ємності 12 з рідиною, а рама 9 для попереднього встановлення стола 6 на необхідну висоту відносно до ножа 2, що забезпечується за допомогою механізму підйому 13, який складається з гвинтового механізму 14, упора 15 та контргайки 16. Механізм підйому 13 та станина 4 фіксуються на опорі 17. Для реєстрації сигналів тензодатчика 1 використовують ваговий термінал 18 та перетворювач 19, який переводить їх в цифровий код і подає на ЕОМ 20. 5 Винахід визначення зусилля на перерізання сільськогосподарських матеріалів полягає в наступному. Спочатку ємність 12 заповнюють рідиною, наприклад, охолодженою кип'яченою водою, і встановлюють її на рухомій рамі 10. Після цього над рамою 9 закріплюють стіл 6 за допомогою рамок 8. Далі на стіл 6 розміщують дослідний зразок 5 матеріалу, показники міцності якого необхідно визначити, і з використанням механізму фіксації 7 закріплюють його у певному положенні. Потім ніж 2 закріплюють в тримачі 3 і з'єднують утримуючу його основу з тензодатчиком 1, під'єднаним до вагового терміналу 18. За допомогою механізму підйому 13 зразок 5 підводять до різальної крайки ножа 2 за рахунок обертання гвинтового механізму 14 і встановлюють момент точки дотику різальної крайки ножа 2 та зразку 5. Після цього, за допомогою вагового терміналу 18, встановлюють нульове значення тензодатчика 1 і переводять його перетворювачем 19 у цифровий код, який реєструється і фіксується на ЕОМ 20. Далі за допомогою шарнірного механізму 11 підіймають ємність 12 до повного занурення зразка 5 у рідину, фіксують механізм 11 у цьому положенні і засікають час для визначення ефективності зволоження. Після того, як зразок 5 матеріалу під дією води розм'якне або набрякне, за допомогою механізму підйому 13, плавно і без ривків обертаючи гвинтовий механізм 14, поступово підіймають раму 9 разом із рамками 8, столом 6 та зразком 5, створюючи навантаження для згинання зразка 5 (наприклад, листостеблової маси). Зусилля опору на згин зразка 5 ножем 2 передається на тензодатчик 1 і через ваговий термінал 18 та перетворювач 19 у вигляді цифрового коду записується і фіксується на ЕОМ 20. Продовжуючи підіймати стіл 6, досягають появи руйнівних деформацій з реєстрацією зусиль опору стисканню, а потім і остаточного перерізання зразка 5 матеріалу з записом зусиль опору різанню і фіксацією їх на ЕОМ 20. Такі прийоми визначення зусиль опору є характерними як для стебел, так і для насіння сільськогосподарських культур. Після того, як зразок 5 матеріалу перерізано і потреб у визначенні механічних напружень чи інших показників міцності немає, раму 9 зі столу 6 опускають механізмом 13 і встановлюють новий дослідний зразок, а результати визначення силових характеристик зберігають на ЕОМ 20 у вигляді окремого документа. Послідовність виконання операцій для нового зразка зберігається тією самою, що і для попереднього. Відмінність полягає лише у реєстрації даних на ЕОМ 20, для чого створюється новий документ. Розглянутий приклад стосується, в переважній більшості, сухого вихідного матеріалу насіннєвого та стеблового. Особливість даного способу полягає в тому, що у випадку визначення зусиль на згин, стискання та перерізання свіжої листостеблової маси, доцільно виконувати лише зволоження зразка матеріалу без забезпечення його розм'якшення чи набрякання з наступним прикладанням відповідного навантаження для визначення сило 97332 6 вих характеристик безпосередньо в повітряному, а не в рідкому середовищі. Для цього, після зволоження зразка 5 матеріалу, механізмом 11 ємність 12 з рідиною опускають і витримують стіл 6 зі зразком до припинення стікання рідини, а далі приступають до визначення показників міцності без використання шарнірного механізму 11, рухомої рами 10 та ємності 12 з рідиною. Таким чином, зазначений спосіб визначення зусиль на перерізання дозволяє збільшити точність та зменшити похибку під час вимірювань показників міцності дослідних зразків, зменшує витрати енергії на виконання технологічного процесу, підвищує надійність і стабільність результатів визначення руйнівних деформацій та механічних напружень матеріалів протягом усього часу від початку і до закінчення їх перерізання, сприяє підвищенню продуктивності виконання вимірів та забезпечує можливість визначення силових характеристик різних за складом та фізикомеханічними властивостями матеріалів за рахунок вибору характеру їх обробки (підготовки) до перерізання. Крім того, даний спосіб дозволяє встановити для окремого матеріалу можливість виконання його перерізання з ковзанням та оптимізувати кути різання і заточки ножів з метою визначення їх параметрів для отримання корму певної якості. Запропонований спосіб придатний для промислового використання. В інших джерелах інформації способів визначення зусилля на перерізання сільськогосподарських матеріалів з аналогічними ознаками автори не виявили, тому просимо надати даному рішенню правовий захист. Джерела інформації: 1. Физико-механические свойства растений, почв и удобрений. - М.: Колос, 1970 - 423 с. 2. Яцун С.С, Довжик М.Я., Єрмак М.І., Мазур І.А., Дрозд С.В. Прилади для визначення механікотехнологічних властивостей сільськогосподарських рослин під час збирання // Вісник Сумського національного аграрного університету. Серія "Механізація та автоматизація виробничих процесів" - Наук. метод, журнал. - Вип. 7. - Суми: СНАУ. - С. 39-43. 3. Пат. № 49416 України. МПК (2009) А01В 76/00. Прилад для визначення пружних властивостей стебел сільськогосподарських культур / Бакум М.В., Манчинський Ю.О., Кириченко О.В., Шевченко М.І. - Заяв. u200912233 від 27.11.2009; заявники і патентовласники - ХНТУСГ ім. П. Василенка, Бакум M.B., Манчинський Ю.О., Кириченко О.В., Шевченко M.I.; опубл. 26.04.2010, бюл. № 8 - 4 с. 4. Кленин Н.И., Сакун В.А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. -М: Колос, 1994.-751 с. 5. Пат. 48064 України. МПК (2009) G01B 9/00. Пристрій для вимірювання сили різання / Постнов Г.М., Чеканов М.А., Червоний В.М. - Заяв. u200907855 від 27.07.2009; заявник і патентовласник - ХДУХТ; опубл. 10.03.2010, бюл. № 5.-2 с. 6. Радионов Г.В., Табакова Л.П., Табаков Г.П. Технология производства и переработки животноводческой продукции. - М.: Колос, 2005. - 512 с. 7 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 97332 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601