ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЯ РАЗДАВЛИВАНИЯ ЯГОД
INSTRUMENT TO MEASURE BERRIES SQUASHING FORCE

Изобретение относится к области садоводства, а именно к средствам контроля физико-механических свойств ягод.
Усилие раздавливания ягод - один из важных показателей качества, на получение заданного значения которого ведется селекционная работа. Этот показатель в существенной степени определяет сроки уборки урожая, пригодность сорта к механизированному сбору, потери при уборке и хранении, а также используется при разработке ягодоуборочных машин и механизмов (Пантелеева Е.И. Облепиха крушиновая (Hippophae rhamnoides L.): монография / Рос. акад. с.-х. наук. Сиб. отд-ние. Науч. исслед. ин-т садоводства Сибири. - Барнаул, 2006. - С.119-121). Для определения усилия раздавливания ягод в полевых и лабораторных условиях специалистами используются пружинные динамометры и весы, которые имеют следующие недостатки: низкую точность; не имеют нажимных устройств (инденторов) специально приспособленных для ягод; определение значения усилия в момент раздавливания осуществляется оператором визуально и субъективно. Наиболее совершенными являются портативные электронные динамометры с функцией определения пикового значения, например, фирмы DACELL (URL: http://www.dacell.ru/catalog/dinamometry/dinamometr-DN-FGA). Однако они не приспособлены для исследований усилия раздавливания ягод. Среди электронных динамометров с функцией определения пикового значения наиболее близким аналогом изобретению является индикатор усилия раздавливания ягод (Информационное обеспечение эффективной машинной технологии уборки ягод / А.Ф.Алейников, В.В.Минеев, С.Н.Хабаров // Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве: материалы XI междунар. научно-практ. конфер. (Углич, 14-15 сентября 2010 г.). - Москва. - 2010. - Ч.2. - С.614-620). Прибор состоит из портативного корпуса, с расположенными в нем силоизмерительным датчиком, электроизмерительным устройством и буквенно-цифровым жидкокристаллическим индикатором, а также приемной тарелки, имеющей полусферическую форму дна для исследуемой ягоды и механически соединенной с силоизмерительным датчиком через стержневой распределитель силы. Электроизмерительное устройство прибора снабжено пиковым детектором, что позволяет фиксировать максимальные (пиковые) значения силы в момент раздавливания ягоды. Для раздавливания ягоды в состав прибора входит сменный нажимной наконечник (индентор), ось симметрии которого совпадает с осью симметрии приемной тарелки и стержневого распределителя силы, и механический привод сменного нажимного наконечника, закрепленный на портативном корпусе и обеспечивающий рабочий ход сменного нажимного наконечника таким, чтобы он не касался дна приемной тарелки. Сменные нажимные наконечники имеют разные конфигурации нажимных поверхностей: плоские, сферические, конические. Недостатком данного технического решения является открытая конструкция приемной тарелки, в результате чего при раздавливании ягоды брызги и капли вытекающего сока попадают на элементы конструкции прибора и внутрь корпуса, а также на одежду и тело оператора. В итоге снижаются надежность прибора из-за негативного действия химических компонентов ягодного сока на конструктивные элементы прибора и производительность выполнения контрольных операций из-за потерь времени на дополнительное техническое обслуживание, связанное с удалением сока с поверхностей прибора и его жидкокристаллического индикатора.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является предотвращение вытекания ягодного сока за пределы приемной тарелки при раздавливании ягод и повышение вследствие этого надежности прибора и производительности контрольных операций.
Технический результат в изобретении достигается тем, что в приборе для измерения усилия раздавливания ягод, состоящем из портативного корпуса с расположенными в нем силоизмерительным датчиком, буквенно-цифровым жидкокристаллическим индикатором и электроизмерительным устройством, снабженным пиковым детектором, а также приемной тарелки, имеющей полусферическую форму дна для исследуемой ягоды и механически соединенной с силоизмерительным датчиком через стержневой распределитель силы, сменного нажимного наконечника, ось симметрии которого совпадает с осью симметрии приемной тарелки и стержневого распределителя силы, и механического привода сменного нажимного наконечника, закрепленного на портативном корпусе и обеспечивающего рабочий ход сменного нажимного наконечника таким, чтобы он не касался дна приемной тарелки, внешняя боковая поверхность приемной тарелки выполнена цилиндрической, а глубина ее внутренней полости выбрана несколько больше максимально возможного вертикального размера ягоды, характерного для видов и сортов, назначенных для исследований, кроме того, сменный нажимной наконечник снабжен крышкой, закрывающей открытый верх приемной тарелки при раздавливании исследуемой ягоды сменным нажимным наконечником без механического контакта с приемной тарелкой. Крышка выполнена в виде тонкостенного стакана с отверстием в центре дна, плотно одетого и закрепленного вверх дном на сменном нажимном наконечнике, при этом профиль ее отверстия соответствует профилю поперечного сечения сменного нажимного наконечника, внутренний диаметр выбирается несколько больше наружного диаметра приемной тарелки, а положение относительно сменного нажимного наконечника - таким, чтобы во время движения сменного нажимного наконечника между боковыми цилиндрическими поверхностями крышки и приемной тарелки, а также дном крышки и кромкой приемной тарелки не возникало механического контакта. Таким образом, при раздавливании ягоды сок брызгает на внутренние поверхности приемной тарелки и крышки, с которых легко удаляется.
На фиг.1 изображен чертеж внешнего вида прибора для измерения усилия раздавливания ягод (вид сбоку).
Прибор состоит из портативного корпуса 1, на передней стенке которого находятся кнопки управления 2, буквенно-цифровой жидкокристаллический индикатор 3, а на задней - механический привод 4 сменного нажимного наконечника 5. Внутри корпуса 1 размещены электроизмерительное устройство, снабженное пиковым детектором, и силоизмерительный датчик (на фигуре не показаны), механически соединенный со стержневым распределителем силы 6, выходящим наружу через отверстие в корпусе 1. На другом конце распределителя силы 6 соосно закреплена приемная тарелка 7 с полусферической формой дна для исследуемой ягоды. Верхняя часть приемной тарелки 7 выполнена в виде тонкостенного цилиндра, кромка которого выше исследуемой ягоды 8, помещенной на дно приемной тарелки 7. Полусферическая форма дна приемной тарелки 7 способствует центрированию ягоды 8 относительно сменного нажимного наконечника 5. Механический привод 4 снабжен подвижным штоком 9 с ручкой 10 для перемещения его пальцем оператора, а также пружиной 11, фиксируемой гайкой 12, для возврата подвижного штока 9 в исходное состояние после нажатия и опускания ручки 10. На свободном конце штока 9 установлен сменный нажимной наконечник 5 так, что его ось симметрии совпадает с осью симметрии приемной тарелки 7 и распределителя силы 6. Крышка 13, выполненная в виде цилиндрического тонкостенного стакана с отверстием в центре дна, плотно одета и закреплена вверх дном на сменном нажимном наконечнике 5. Профиль отверстия в дне крышки 13 соответствует профилю поперечного сечения сменного нажимного наконечника 5. Внутренний диаметр крышки 13 выполнен несколько больше внешнего диаметра приемной тарелки 7, чтобы во время движения сменного нажимного наконечника 5 между боковыми цилиндрическими поверхностями крышки 13 и приемной тарелки 7 не возникало механического контакта, приводящего к дополнительной погрешности измерения усилия раздавливания из-за возникновения неинформативных сил (трения, сжатия) в процессе работы прибора. Для этой же цели ход штока 9 и, соответственно, сменного нажимного наконечника 5, а также положение крышки 13 относительно сменного нажимного наконечника 5 выбраны такими, чтобы при нажатии на ручку 10 давящая поверхность сменного нажимного наконечника 5 не доходила до дна приемной тарелки 7, а дно крышки 13 - до кромки приемной тарелки 7. Благодаря тому, что в исходном состоянии, изображенном на фигуре, крышка 13 поднята над приемной тарелкой 7, ягода 8 легко помещается и удаляется из приемной тарелки 7.
Прибор для измерения усилия раздавливания ягод работает следующим образом. Корпус прибора 1 необходимо взять в ладонь правой или левой руки, при этом большой палец должен находиться вблизи кнопок управления 2, а сам прибор - в положении оси симметрии стержневого распределителя силы 6 близком к вертикальному. Ягода 8 помещается в приемную тарелку 7 и большим пальцем с помощью кнопок управления 2 производится сброс прибора в исходное нулевое состояние и запуск режима измерений. Затем производится раздавливание исследуемой ягоды 8. Для этого указательным пальцем руки оператор ручкой 10 перемещает подвижный шток 9 в направлении нижней части корпуса 1, в результате чего сменный нажимной наконечник 5 достигает поверхности ягоды 8 и раздавливает ее. При этом крышка 13, не касаясь приемной тарелки 7, закрывает ее открытый верх и предотвращает выброс ягодного сока. В процессе раздавливания ягоды 8 возникает сила сжатия, которая через распределитель силы 6 передается на силоизмерительный датчик. Сигнал датчика преобразуется электроизмерительным устройством в цифровой код, числовое значение которого отображается на буквенно-цифровом жидкокристаллическом индикаторе 3 в единицах силы. В момент раздавливания ягоды 8 показания буквенно-цифрового жидкокристаллического индикатора 3 являются максимальными и, благодаря наличию пикового детектора в электроизмерительным устройстве, фиксируются на буквенно-цифровом жидкокристаллическом индикаторе 3 и считываются оператором. После раздавливания ягоды 8 ручка 10 освобождается оператором, шток 9 под действием пружины 11 возвращается в исходное состояние, показанное на фигуре. Ягода 8 извлекается из приемной тарелки 7, а сок выливается в сосуд.
Изобретение может быть осуществлено на базе портативных силоизмерительных индикаторов, цифровых динамометров, состоящих из разборного корпуса с силоизмерительным датчиком, электроизмерительным устройством, буквенно-цифровым жидкокристаллическим индикатором, кнопками управления и набором сменных инденторов, крюков, захватов, которые широко представлены на рынке приборов. Например, силоизмерительные индикаторы DN-FGA фирмы DACELL (Ю.Корея) (URL: http://www.dacell.ru/catalog/dinamometry/dinamometr-DN-FGA), цифровые динамометры растяжения-сжатия DPS фирмы IMADA (URL: http://www.imada.com/digital-force-gauges/dps/), силоизмерительные устройства BFG фирмы MECMESIN (Англия) (URL: http://www.mecmesin.ru/gauges/bfg.html). Предлагаемая конструкция приемной тарелки 7 прибора для измерения усилия раздавливания ягод легко сопрягается с датчиком силы этих устройств путем замены штатных сменных инденторов, крюков и захватов, а механический привод 4 - устанавливается на препарированную заднюю стенку корпуса 1.
Испытания экспериментального образца прибора для измерения усилия раздавливания ягод, изготовленного на базе электронного динамометра LY-MAN (США) (URL: http://www.wht.ru/shop/catalog/point_shot/8588.php), выявили следующие характеристики:
диаметр исследуемых ягод от 5 до 16 мм;
диапазон определяемых сил от 0,098 (10) Н (гс) до 19,60 (2000) Н (гс);
цена единицы наименьшего разряда 0,0196 (2,0) Н (гс);
пределы допускаемой систематической составляющей основной абсолютной погрешности силы в диапазоне от 0,098 (10) до 1,96 (200) Н (гс) ±0,039 (4,0) Н (гс); в диапазоне от 1,96 (200) до 14,7 (1500) Н (гс) ±0,098 (10) Н (гс); в диапазоне от 14,7 (1500) до 19,6 (2000) Н (гс) ±0,196 (20) Н (гс).