Зажимное устройство для испытания стеблей растений на изгиб

Полезная модель относится к технике измерения физико-механических свойств растений, в частности их модуля упругости и жесткости, при изгибе.

Зажимное устройство содержит основание с жестко закрепленными на нем двух вертикальных направляющих. Между направляющими перпендикулярно основанию расположены два полуцилиндра (подвижный и неподвижный), между которыми помещают исследуемый стебель растения. Зажим стебля осуществляют за счет прижима подвижного полуцилиндра к неподвижному с помощью плоской пружины с роликом, точка контакта которого (ролика) находится на половине высоты подвижного полуцилиндра. Плотный зажим растения обеспечивается горизонтальным перемещением паза нижней части подвижного полуцилиндра на оси.

Предполагаемая полезная модель относится к области сельского хозяйства и может быть использована при определении физико-механических свойств растений, например, сорных, их модуля упругости и жесткости при изгибе.

Борьба с сорняками занимает важное место в системе мер, направленных на повышение культуры земледелия и увеличение урожайности продукции растениеводства.

В борьбе с сорными растениями применяются агротехнический, механический, химический, биологический, физический и интегрированный способы.

К одному из физических способов относится термический (огневой) способ борьбы с сорняками [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10].

Предложены «Способ термической обработки сорных растений» [11], «Способ термической (огневой)обработки семян сорных растений» [12], «Способ термической (огневой) борьбы» с семенами сорных растений, [13], «Огневой культиватор» [14], в которых их реализация осуществляется наклоном растения до предела упругой деформации стебля и последующей обработки его пламенем.

Данные о предельной упругой деформации сорных растений (предельное усилие изгиба и прогиб стебля) позволят определить модуль упругости различных их видов, что в свою очередь позволит определить наименьшую от поверхности почвы высоту их обработки пламенем, обеспечивающей высокую эффективность поражения как самих растений, так и их семян; установить максимальный уровень повышения температуры

почвы, при котором сохраняются все группы микроорганизмов, участвующих в почвообразовании, то есть обеспечивающем экологическую чистоту огневой обработки; определить оптимальную скорость движения огневого культиватора; определить оптимальные сроки обработки сорных растений.

Как правило, такие исследования проводят в лабораторных условиях со свежесрезанными образцами стеблей растений. Точность измерения усилия изгиба и стрелы прогиба будет зависеть от точности и надежности фиксации стебля растения в зажиме. Точность и надежность фиксации предполагает закрепление стебля растения в зажиме без прекосов, а также без точечного или линейного механического воздействия зажима на стебель. Такое отклонение приводит к повышению механического напряжения в местах перекоса, точки, линии и провоцирует преждевременный излом растения.

Согласно [15] стебли сорных растений бывают развалистые коленчато-восходящие, в узлах и др., т.е. не всегда прямые или без выступов (узлов).

Поэтому обеспечение фиксации стебля растения по всей его поверхности без деформации зажимом является оптимальным решением.

Необходимо, чтобы зажим по возможности, «выбирал» неровности и «приспосабливался» к геометрической форме стебля, т.е. как можно больше соприкасался (контактировал) с зажимаемой поверхностью стебля растения.

Существующая теория сопротивления материалов, к сожалению, не позволяет определить предельный наклон растения при изгибе (до излома). Поэтому для конструирования и регулировки новых машин используют опытные данные.

Известны исследования по определению физико-механических свойств сельскохозяйственных растений при статическом консольном изгибе [16]. Опытными растениями были: конопля, лен, хлопчатник и кукуруза при естественном их закреплении в почве. Однако, методика

проведения этого исследования в указанной работе не изложена и нет данных по конструкции зажима.

Исследования по изучению изгиба растений [17] проводились в лаборатории технологических процессов ВИСХОМа, где также было установлено, что кроме расплющивания, возможны случаи запила острыми краями зажимов, что еще более ослабляет стебли и приводит к разрыву их у зажимов.

В качестве прототипа принимаем работомер, содержащий раму, основание, винт с рукояткой и шток с барабанчиком [18].

Данный работомер, кроме других функций (определение усилия среза, определение нагрузки, вызывающей излом образца, расположенного на двух опорах), предназначен для изучения консольного изгиба-излома стеблей сельскохозяйственных растений. Как сказано в представленной работе, операция закрепления стебля растения в зажиме при проведении опытов выполнялась без сплющивания стебля. Однако, по нашему мнению, такую операцию не всегда можно точно выполнить и одновременно осуществить контроль качества зажима, учитывая, что образец закреплялся винтами зажимов вручную. Незначительное сплющивание всегда нарушает прочность растительных тканей с последующими изломом в месте сплющивая при значительно меньших значениях усилий изгиба. Покрытие же внутренней поверхности зажима упруго-пластическим материалом может привести к необоснованному увеличению стрелы прогиба, т.е. к ошибке измерения. Кроме того, для проведения исследований, как правило, выбирают образцы стеблей растений различного диаметра. Следовательно, внутренняя форма зажима должна, как можно ближе, соответствовать диаметру исследуемого образца, т.е. контактировать с большей его площадью. Это позволит создать условия близкие к естественному положению растения в почве и соответственно определению более достоверных результатов исследования.

Целью предполагаемой полезной модели является повышение точности и достоверности результатов измерения усилия изгиба стебля растения, например, сорного.

Это достигается тем, что в нижней части подвижного полуцилиндра зажимного устройства выполнен паз для возможности горизонтального перемещения подвижного полуцилиндра на оси.

На фигуре 1 изображено зажимное устройство, вид спереди; на фигуре 2 - то же, вид сверху; на фигуре 3 - то же, вид сбоку.

Зажимное устройство включает основание 1 с жестко закрепленными на нем двух вертикальных направляющих 2, между которыми перпендикулярно основанию 1 жестко закреплен неподвижный полуцилиндр 3 и рядом расположенный с неподвижным полуцилиндром 3 подвижный полуцилиндр 4, имеющий возможность поворота на оси 5 и возможность горизонтального перемещения по пазу 6. Соединеные друг с другом полуцилиндры 3 и 4 образуют разрезанный по высоте цилиндр. На основании 1 жестко закреплена плоская пружина 7, на свободном конце которой установлен ролик 8, через который передается усилие прижима стебля 9 растения подвижным полуцилиндром 4 к неподвижному полуцилиндру 3. Точка контакта ролика 8 плоской пружины 7 находится на половине высоты подвижного полуцилиндра 4. Использование ролика 8 позволяет снизить трение между ним и поверхностью подвижного полуцилиндра 4, обеспечивая лучшую чувствительность его (подвижного полуцилиндра) установки при зажиме стебля 9 растения, учитывая что, стебли 9 растений имеют конусную форму.

Работа с зажимным устройством осуществляется на заготовленных заранее образцах растений, например, сорных, следующим образом.

Преодолевая вручную сопротивление плоской пружины 7, отклоняют расположенный на оси 5 подвижный полуцилиндр 4 от неподвижного полуцилиндра 3 на величину, обеспечивающую свободное расположение исследуемого обрезка стебля растения 9 между полуцилиндрами 3 и 4, затем

воздействием плоской пружины 7 через ролик 8 прижимают подвижным полуцилиндром 4 образец стебля 9 растения к неподвижному полуцилиндру 3. Принимая во внимание, что точка касания ролика 8 плоской пружины 7 находится на половине высоты подвижного полуцилиндра 4, а также то, что нижняя часть подвижного полуцилиндра 4 имеет возможность горизонтального перемещения по пазу 6, подвижный полуцилиндр 4 своей внутренней поверхностью самоустанавливается, т.е. «подстраивается» к поверхности обращенной к нему стороне образца стебля 9 растения, т.е. скопирует конусность стебля 9 растения и, тем самым, обеспечит плотный контакт другой стороны стебля 9 растения с внутренней стороной неподвижного полуцилиндра 3.

Проведенные нами исследования с использованием предлагаемого зажимного устройства показали на обеспечение плотного контакта внутренних поверхностей неподвижного полуцилиндра 3 и подвижного полуцилиндра 4 с наружной поверхностью исследуемого образца стебля 9 растения. Покрытие внутренних поверхностей полуцилиндров 3 и 4 красящим раствором и последующий зажим стебля 9 растения подтвердил наше предположение полного контакта сопрягаемых поверхностей.

Предлагаемое зажимное устройство для испытания стеблей растений на изгиб было использовано для определения модуля упругости различных видов сорных растений вкупе с динамометром (патент RU №2273006).

Источники информации

1) Копалиани А.У. Исследование эффективности термического метода борьбы с сорной растительностью. Автореф. дисс. на соискание учен. степени, док с/х. наук. Тбилиси, 1975.

2) Чигаев И. Огневой культиватор на землянике. - Садоводство, 1976, №1.

3) Огневой культиватор, патент США №3727346, публикация 17.04.73 кл. А01М 15/00.

4) Баранов Г.И. Огневой культиватор. Авт. свид. СССР №599778, Кл. А01М 21/04, 1978.

5) Сейтменбетов Т.С. Опыт применения огневого культиватора для обработки внутрихозяйственных оросителей, механизация уборки риса и послеуборочной обработки почвы в КаЗ.ССР, 1987, с.33-40.

6) Ascard J. Effekts of flame weeding on weed species at different developmenc stages. Weed Res. 6 1995: Vol 35, №5, З.3977-4111.

7) Ascard J. Flame weeding effect of fuel pressure and tandem burners. Weed Res. 1997; Vol 37, №2, З.77-86.

8) Morgan W.C. Aletenatives tj Herbicides. - Plant Protekt Q, 1989, V.4. №1, P.33-36

9) Пустовалов А.В., Шиповский А.К., Гордеев А.С., Пустовалов B.C. Огневой культиватор для пропашных культур. Патент на изобретение №2231260, кл 7 А01М 21/04, 15/00. 270.06.2004. Бюл.№18

10) Пустовалов А.В., Шиповский А.К., Белоус A.M., Пустовалов B.C. Способ термической обработки сорных растений. Патент на изобретение №2260946, кл. 01М 21/04. 27.09.2005 Бюл. №27.

11) Пустовалова Е.В., Пустовалов B.C., Пустовалов А.В. Способ термической обработки сорных растений патент на изобретение №2112376, кл.6 А01М 21/04. 10.06.98. Бюл. №16.

12) Пустовалов А.В., Шиповский А.К., Пустовалов B.C. Способ термической (огневой) обработки семян сорных растений. Патент на изобретение №2229228, Кл. 7 А01М 21/04, 15/00. 27.05.2004. Бюл.№15.

13) Пустовалов А.В., Шиповский А.К., Пустовалов B.C. Способ термической (огневой) борьбы с семенами сорных растений. Патент на изобретение №2236788, Кл. 7 А01М 21/04, 15/00. 27.09.2004. Бюл.№15.

14) Пустовалов А.В., Шиповский А.К., Пустовалов B.C. Огневой культиватор. Положительное решение. Заявка №2007140193 от 21.01.07.

15) Фисюнов А.В. Сорные растения. - М.: Колос, 1984. - 320 с.

16) Синяговский И.С. Сопротивление материалов. - М.: Госуд. изд-во с/х литературы, 1958. - 432 с.

17) Физико-механические свойства с/х растений как основания для проектирования с/х машин. - М.: ВИСХОМ, 1939.

18) Бурмистрова М.Ф., Комолькова Т.К., Клемм Н.В. и др. Физико-механические свойства сельскохозяйственных растений. - М.: Госуд. изд-во с/х литературы, 1956. 336 с.

Зажимное устройство для испытания стеблей растений на изгиб, содержащее основание с жестко закрепленными на нем двумя вертикальными направляющими, между которыми перпендикулярно основанию жестко закреплен неподвижный полуцилиндр и, имеющий возможность поворота на оси, которая расположена в нижней его части, подвижный полуцилиндр и плоскую пружину, прикрепленную к основанию и свободному концу которой прикреплен ролик, и контактирующую через ролик с подвижным полуцилиндром на половине его высоты, отличающееся тем, что в нижней части подвижного полуцилиндра выполнен паз для возможности горизонтального перемещения подвижного полуцилиндра на оси.