УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЯ ИЗГИБА И СТРЕЛЫ ПРОГИБА СТЕБЛЯ РАСТЕНИЯ, НАПРИМЕР СОРНОГО

Предполагаемая полезная модель относится к технике измерения статического и динамического усилия растяжения и может быть использована для определения усилия максимального изгиба стебля растения, например сорного, и его прогиба при воздействии на него сельскохозяйственного орудия, например, культиватора огневого.
Предложены «Способ термической обработки сорных растений» [1], «Способ термической (огневой) обработки семян сорных растений» [2], «Способ термической (огневой) борьбы с семенами сорных растений» [3] и «Огневой культиватор» [4], в которых их (способов и огневого культиватора) реализация осуществляется наклоном растения до предела упругой деформации его стебля.
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. Такие данные были использованы при разработке машин для уборки льна, кукурузы и хлопчатника [5].
Предельный наклон растений зависит от их модуля упругости, который различен с силу различия внутреннего строения (сечения) стебля самого растения (сплошной, трубчатый), диаметра растения, его тургора.
макс
Модуль упругости стебля растения можно определить, если известны: величина усилия Р его изгиба, стрела наибольшего прогиба ω, расстояние  от точки приложения силы Р до заделки, момент инерции J тела по формуле [6]:
Данные о предельной упругой деформации сорных растений позволят: 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, т.е. обеспечивающем экологическую чистоту огневой обработки; определить оптимальную скорость движения огневого культиватора; определить оптимальные сроки обработки сорных растений.
Определение максимального усилия изгиба стебля растения и стрелы наибольшего прогиба включает в себя следующие операции: охват стебля растения захватом динамометра на некоторой высоте от поверхности почвы, горизонтальное перемещение динамометра, при этом захват наклоняет стебель растения, скользит по нему, а по прекращении контакта стебель растения выпрямляется, при этом максимальное усилие и стрела наибольшего прогиба должны быть зафиксированы работником, ведущим измерение.
Дальнейшие измерения максимального усилия изгиба и стрелы наибольшего прогиба стебля растения заключаются в последующем уменьшении высоты охвата стебля растения от поверхности почвы захватом динамометра до момента излома растения, который произойдет при максимальном усилии воздействия на него захватом динамометра.
Известен динамометр для определения усилия растяжения [7]. Использование известного динамометра для определения усилия максимального изгиба стебля растения, например сорного, приводит к существенным ошибкам и соответственно к недостоверным данным. Низкая точность измерения указанным динамометром объясняется тем, что по достижении максимального изгиба (до излома) стебля растения и освобождения его от контакта с захватом динамометра, оно (растение) быстро выпрямляется и также быстро возвращается в нулевое положение ползун динамометра. Скоротечность этого процесса не позволяет с достаточной точностью зафиксировать величину максимального усилия и, следовательно, получить достоверные данные. Кроме того, известный динамометр не позволяет определить стрелу прогиба стебля растения.
Известен динамометр с записывающим устройством [8]. Измеряемое усилие данным динамометром фиксируется самописцем на бумажной ленте. Однако для определения фактического усилия необходимо проводить расшифровку полученных диаграмм, что требует определенных затрат времени и приводит к уменьшению точности измерения.
Известен динамометр [9]. Указанный динамометр имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что при измерении усилия механического воздействия на растение в горизонтальном направлении, т.е. перпендикулярно стеблю, захват при контакте и воздействии на растение, в силу свободного выхода пружины из опоры и упругих свойств стебля растения, будет скользить по стеблю к вершине и отклоняться вверх, тем самым, увеличивая первоначальную высоту контакта захвата с растением от поверхности почвы, не обеспечивая соответственно точности измерения. Установка и закрепление в нижней части опоры заглушки с отверстием для прохождения захвата приведет при проведении измерения к перекосу его в заглушке и соответственно к заклиниванию.
Наиболее близким к предполагаемой полезной модели является, динамометр [10] - прототип, содержащий опору с жестко прикрепленным к ней П-образным корпусом с торцовыми стенками, пружину, к которой прикреплен захват, толкатель, ползун и шкала.
Указанный динамометр имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что он не имеет устройства для измерения стрелы прогиба стебля растения, значения которой (стрелы прогиба) необходимы для расчета модуля упругости по известной формуле. Разработка и использование отдельного такого устройства не позволит получить достоверные данные для расчета без взаимосвязи с одновременным определением максимального усилия изгиба стебля. То есть для получения достоверных данных максимального усилия изгиба стебля растения и стрелы наибольшего его прогиба, необходимых для определения модуля упругости надо, чтобы конструкция динамометра позволяла фиксировать (записывать) одновременно два этих фактора в любой момент измерения.
Целью предполагаемой полезной модели является увеличение точности одновременного измерения усилия изгиба стебля растения, например, сорного, и стрелы его прогиба.
Это достигается тем, что устройство для измерения усилия изгиба и стрелы прогиба стебля растения, например, сорного снабжено дополнительной опорой, расположенной в одной горизонтальной плоскости с опорой, с жестко прикрепленным к ней дополнительным П-образным корпусом с торцовыми стенками, в которых Выполнены отверстия для ориентации дополнительного захвата, выполненного в виде прямого жесткого (предпочтительно круглого сечения) стержня, соединенного со свободным концом стержня, загнутого в горизонтальной плоскости, своим концом, загнутым в вертикальной плоскости, свободный конец которого (дополнительного захвата) загнут в горизонтальной плоскости для обеспечения охвата стебля растения, толкателем, жестко закрепленным на дополнительном захвате, ползуном, шкалой, направляющей в виде перевернутого П-образного лотка, жестко закрепленной на дополнительной опоре и жестко закрепленного на опоре фиксатора, соединенного с пружиной и имеющего возможность продольного перемещения по опоре.
На фиг.1 изображено устройство для измерения усилия изгиба и стрелы прогиба стебля растения, например, сорного, вид спереди; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.3 - то же, вид сбоку; на фиг.4 - то же вид сбоку.
Данное устройство включает опору 1 с жестко прикрепленным к ней П-образным корпусом 2 с торцовыми стенками 3 и 4 и жестко прикрепленный к ней пружиной 5. К пружине 5 одним концом прикреплен прямой жесткий (предпочтительно круглого сечения) стержень 6, проходящий через сквозные отверстия в торцовых стенках 3 и 4, другой (свободный) конец которого загнут в горизонтальной плоскости. На стержне 6 вертикально и жестко закреплен толкатель 7. На горизонтальной стороне П-образного корпуса 2 имеется прорезь 8 для выхода толкателя 7, нанесена градуировка шкалы 9 (в кгс) и подвижно установлен ползун 10. Опора 1 размещена на направляющей 11 в виде перевернутого П-образного лотка, которая (направляющая 11) жестко закреплена на дополнительной опоре 12, на которой жестко прикреплен П-образный корпус 13 с торцовыми стенками 14 и 15, в которых выполнены отверстия для ориентации дополнительного захвата 16, который выполнен в виде дополнительного прямого жесткого (предпочтительно круглого сечения) стержня 17, который соединен со свободным концом 18 стержня 6, загнутого (стержня) в горизонтальной плоскости, своим концом 19, загнутым в вертикальной плоскости, а свободный конец захвата 16 загнут в горизонтальной плоскости. На горизонтальной стороне дополнительного П-образного корпуса 13 имеется прорезь 20 для, выхода дополнительного толкателя 21, нанесена градуировка дополнительной шкалы 22 (в мм) и подвижно установлен дополнительный ползун 23. На конце опоры 1 установлен подвижный фиксатор 24 для установки (при необходимости) пружины 5 другой жесткости.
Работа с устройством осуществляется следующим образом.
В месте охвата стебля растения захватом 16 предварительно измеряют его диаметр (стебля). Ползуны 10 и соответственно 23 отводят в свои крайние (нулевые) положения. Захватом 16 на определенной высоте от поверхности почвы охватывают стебель растения (сорняка). Закрепляют неподвижно дополнительную опору 12. Строго горизонтально перемещают опору 1 по направляющей 11. Испытывая определенное сопротивление растения на изгиб, пружина 5 растягивается, увлекает захват 16 и толкатель 7, закрепленный на стержне 6, который в свою очередь перемещает ползун 10 по шкале 9, которая проградуирована в единицах силы. В свою очередь стержень 17 с захватом 16, увлекаемые приложенной силой, перемещаются в направлении этой силы, вместе перемещается закрепленный на дополнительном стержне 17 дополнительный толкатель 21, который перемещает дополнительный ползун 23 по дополнительной шкале 22, проградуированной в единицах длины. Поскольку свободные концы стержней 6 и 17 загнуты соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях, такое их соединение исключает заклинивание (в отличие от прохождения одного стержня через четыре отверстия торцовых стенок 3, 4, 14 и 15) стержня 6 в торцовых стенках 4 и 5 П-образного корпуса 13. Направляющая 11 обеспечивает перемещение без отклонения опоры 1 по продольной оси дополнительной опоры 12. Одновременное взаимное перемещение (навстречу друг другу) ползунов 10 и 23 по шкалам соответственно 9 и 22 позволяет определить в любой момент проведения измерения усилие изгиба стебля растения, например, сорного и стрелу его прогиба.
Полученные данные позволят определить модуль упругости при изгибе различных видов сорных растений.
Применение предлагаемого «Устройства для измерения усилия изгиба и стрелы прогиба стебля растения, например сорного» будет хорошо согласовываться при совместном использовании с «Зажимным устройством для испытания стеблей растения на изгиб» (патент на полезную модель №76709).
Источники информации.
1) Пустовалова Е.В., Пустовалов B.C. и Пустовалов А.В. Способ термической обработки сорных растений. Патент РФ №2112376 кл. А01М 21/04, 1993, опубл. 10.06.98. Бюл. №16.
2) Пустовалов А.В., Шиповский А.К. и Пустовалов B.C. Способ термической (огневой) обработки семян сорных растений. Патент РФ №2229228, опубл. 27.05.04. Бюл. №15.
3) Пустовалов А.В., Шиповский А.К. и Пустовалов B.C. Способ термической (огневой) борьбы с семенами сорных растений. Патент РФ №2236788, опубл. 27.09.04. Бюл. №27.
4) Пустовалов А.В., Шиповский А.К. и Пустовалов B.C. Огневой культиватор. Патент РФ на полезную модель №73163, опубл. 20.05.08. Бюл. №14.
5) Синяговский И.С.Сопротивление материалов. - Госиздат, с/х литературы. М.: 1958, 432 с.
6) Писаренко Р.С, Агарев В.А., Квитка А.Л., Попков В.Г., Уманский Э.С.Сопротивление материалов. - «Вища школа». Киев.: 1979,694 с.
7) Алеков Н.С., Исследование процесса деления ряда смородины при поточной уборке урожая. Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук, Мичуринск. 1974.
8) Оценка и подбор сортов черной смородины для машинной уборки плодов. Методические рекомендации. Мичуринск. 1988.
9) Пустовалов B.C. и Хмыров В.Д. Динамометр. Патент РФ №2071042, опубл. 10.06.1993.
10) Пустовалов А.В., Горшенин В.И., Алеков Н.С., Вержевикин С.И. и Пустовалов B.C. Динамометр. Патент РФ №2273006, опубл. 27.03.06, Бюл. №9.