МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗМЕРЕНИЯ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ СОРНЫХ РАСТЕНИЙ

А.К. Шиповский, А.В. Пустовалов

ФГОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет», г. Мичуринск, Россия

Вред, причиняемый сельскохозяйственному производству сорными растениями, является фактом неоспоримым. Существует несколько способов борьбы с сорными растениями. К одному из них относится термический (огневой) способ [1,2,3,4,5,6,7,8].

Нами предложены способы термической (огневой) обработки как самих сорных растений [9], так и в случае запаздывания обработки и их семян [10,11] и огневой культиватор [12]. В соответствии с их реализацией сорное растение принудительно наклоняется до предела упругой деформации стебля и затем обрабатывается пламенем. Чем ниже наклоняется сорное растение до излома, тем большей проработке пламенем по длине стебля оно подвергается.

Предельный наклон растений зависит от их модуля упругости, который различен в силу различия внутреннего сечения стебля (сплошной, трубчатый), его диаметра, тургора и др. Полученные данные о предельной упругой деформации стеблей 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 которой 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.

Модуль упругости можно определить, если известна длина стебля l от места приложения сосредоточенной силы P до места заделки, величина максимальной сосредоточенной силы P на свободном конце стебля до его излома, максимальная стрела прогиба f стебля и момент его инерции J [13].

Определение в лабораторных условиях максимального усилия P прогиба стебля растения и максимальной стрелы его прогиба f включает в себя следующие операции:
закрепление образца стебля в зажимном устройстве для испытания стебля на изгиб; охват стебля захватом специального устройства на некоторой высоте от зажимного устройства; горизонтальное перемещение специального устройства, при этом захват наклоняет стебель растения, скользит по нему, а по прекращении контакта стебель выпрямляется, при этом максимальное усилие и величина прогиба должны быть одновременно зафиксированы на специальном устройстве.
Дальнейшие измерения заключаются в последующем уменьшении высоты охвата стебля растения от зажимного устройства захватом специального устройства до момента излома стебля, который произойдет при максимальном усилии воздействия на него захватом специального устройства. При этом важно, чтобы конструкция зажимного устройства не деформировала образец стебля растения, т.е. закрепление стебля в зажиме происходило без перекосов и без точечного или линейного механического воздействия зажима на стебель.

Деформация приводит к нарушению прочности растительных тканей образца стебля и к более раннему его излому. Необходимо, чтобы зажим по возможности "выбирал" неровности и "приспосабливался" к геометрической форме стебля, т.е. как можно больше соприкасался (контактировал) с зажимаемой поверхностью стебля растениНя.а м и разработано зажимное устройство для испытания стеблей растений на изгиб (рис.1) [14], которое включает основание 1 с жестко закрепленным на нем двух вертикальных направляющих 2. Зажим состоит из двух полуцилиндров 3,4, которые расположены между направляющими 2. Один полуцилиндр 3 перпендикулярно и жестко закреплен к основанию 1, а второй 4 имеет возможность поворота на оси 5 и горизонтального перемещения на оси 5 по пазу 6. Соединенные друг с другом полуцилиндры 3,4, образуют разрезанный по высоте цилиндр. На основании 1 жестко закреплена плоская пружина 7, которая через ролик 8 обеспечивает усилие прижима подвижного полуцилиндра 4 к неподвижному 3. Точка касания ролика 8 находится на половине высоты подвижного полуцилиндра 4.

Рис. 1 (см. в печатной версии) - Зажимное устройство для испытания стеблей растений на изгиб: 1 - основание; 2 - направляющие; 3,4 - полуцилиндры; 5 - ось; 6 - паз; 7 - пружина; 8 - ролик;
9 - образец стебля растения.

Для одновременного измерения усилия изгиба и стрелы прогиба стебля растения, например сорного, нами разработано устройство [15], состоящее из опоры 1 с жестко прикрепленным к ней П-образным корпусом 2 с торцовыми стенками 3 и 4 и жестко прикрепленной к ней пружиной 5. К пружине 5 одним концом прикреплен прямой жесткий 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 Н) 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 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.

Работу с зажимным устройством (рис.1) осуществляют на заготовленных заранее образцах стеблей растений, например, сорных, следующим образом. Устройство неподвижно закрепляют на столе. Преодолевая вручную сопротивление плоской пружины 7, отклоняют расположенный на оси 5 подвижный полуцилиндр 4 от неподвижного полуцилиндра 3 на величину, обеспечивающую свободное расположение образца стебля 9 растения 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.

Устройство для измерения усилия изгиба и стрелы прогиба стебля растения

Рис. 2 Устройство для измерения усилия изгиба и стрелы прогиба стебля растения:

1 - опора; 2 - корпус П-образный; 3,4 - стенки торцовые П-образного корпуса; 5 - пружина;
6 - стержень; 7 - толкатель; 8 - прорезь корпуса; 9 - шкала; 10 - ползун; 11 - направляющая;
12 - опора дополнительная; 13 - корпус дополнительный; 14, 15 - стенки торцовые
дополнительного П-образного корпуса; 16 - захват дополнительный; 17 - стержень
18 - конец стержня 6 горизонтальный;д 1о 9п о- л кн ои нте ецл ьд но ып ой л; н ительный стержня 17 вертикальный;
20 - Прорезь дополнительного П-образного корпуса 13; 21 - толкатель дополнительный;
22 - шкала дополнительная; 23 - ползун дополнительный; 24 фиксатор подвижный.
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, "подстраивается" к поверхности обращенной к нему стороне образца стебля 9 растения, т.е. скопирует конусность стебля и, тем самым, обеспечит плотный контакт другой стороны стебля с внутренней стороной неподвижного полуцил индра 3.

Работу с устройством (рис.2) для измерения усилия изгиба и стрелы прогиба стебля растения проводят совместно с зажимным устройством (рис.1) для испытания стеблей растений на изгиб в следующей последовательности. В месте охвата стебля растения захватом 16 предварительно измеряют его диаметр (стебля). Ползуны 10 и 23 отводят в свои крайние (нулевые) положения. Захватом 16 на определенной высоте охватывают образец стебля растения (сорняка). Закрепляют неподвижно дополнительную опору 12. Строго горизонтально перемещают опору 1 по направляющей 11.Испытывая 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 и17 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 поры 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.

С помощью указанных выше устройств можно определить модуль упругости растений, в частности сорных, что позволит предложить наиболее оптимальную схему огневого культиватора.

Литература

1. Баранов Г.И. Огневой культиватор. Авт. свид. СССР № 599778, кл. А, 01 М 21/04, 1978.
2. Джашеев А. По сорнякам - огонь. // Сельский механизатор. -2004. №4.-С. 13-14.
3. Сейтменбетов Т.С. Опыт применения огневого культиватора для обработки
внутрихозяйственных оросителей. // Механизация уборки риса и послеуборочной обработки
почвы в КазССР. -1987.-№8. С. 14...15.
4. Чигаев И. Огневой культиватор на землянике. // Садоводство. -1976.-№1.С. 9
5. Ascard J. Flame weeding effect of fuel pressure and tandem burners. //Weed Res.- 1997. Vol.3. №2.- P.77-86.
6. Bruleur pour dispositif desherbag thermique. Заявка 2765953. Франция МПК в Ф 23 К 5/22. Lewitre Vichel Roger lean, Rossi lian Pierre, Application Eltrotechniques et Macaniques SA-№9708734. Заявка 09.07.1997. Опубл. 15.01.1999.
7. Morgan W.C. Alternatives by Herbicides. // Plant Protect.-,1989.Vol.4. №1.-P.33-36.
8. Rifai N., Lasko-Bartosova M., Somr R. Weed control by flaming and hot steaming
apple orchards. // Plant Protect. - 1999.Vol.35.№4.-P. 147-152.
9. Патент РФ на изобретение № 2112376 Способ термической обработки сорных растений
/ Пустовалова Е.В., Пустовалов В.С., Пустовалов А.В. - Опубл. в БИ № 16, 1998.
10. Патент РФ на изобретение № 2229228 Способ термической (огневой) обработки семян сорных растений / Пустовалов А.В., Шиповский А.К., Пустовалов В.С. - Опубл. в БИ № 15, 2004.
11. Патент РФ на изобретение № 2236788 Способ термической (огневой) борьбы с семенами сорных растений / Пустовалов А.В., Шиповский А.К., Пустовалов В.С. - Опубл. в БИ № 27, 2004.
12. Патент РФ на полезную модель № 73163 Огневой культиватор / Пустовалов А.В., Шиповский А.К., Пустовалов В.С. - Опубл. в БИ № 14, 2008.
13. Писаренко Г.С., Агарев В.А., Квитка А.Л., Попков В.Г. и др. Сопротивление материалов.- Киев.: «Вища школа», 1979.-694с.
14. Патент РФ на полезную модель № 76709 Зажимное устройство для испытания стеблей растений на изгиб / Пустовалов А.В., Шиповский А.К., Пустовалов В.С. - Опубл. в БИ № 27, 2008.
15 Патент РФ на полезную модель № 86736 Устройство для измерения усилия изгиба и стрелы прогиба стебля растения, например сорного / Пустовалов А.В., Шиповский А.К., Пустовалов В.С. - Опубл. в БИ № 25, 2009.


Источник - ВЕСТНИК МИЧУРИНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО АГРАРНОГО УНИВЕРСИТЕТА, научно-производственный журнал, 2010, № 2, Печатная версия.

© 2020 Образовательный портал Тамбовской области