RU2473060C1

RU2473060C1 - Device for measuring tearing force of berries

Info

Publication number: RU2473060C1
Application number: RU2011123048/28A
Authority: RU
Inventors: Валерий Викторович Минеев; Виктор Алексеевич Золотарёв; Владимир Михайлович Фурзиков; Александр Фёдорович Алейников
Priority date: 2011-06-07
Filing date: 2011-06-07
Publication date: 2013-01-20
Also published as: RU2011123048A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: device consists of portable housing in which there is a force-measuring sensor, a digital display and an electric measuring circuit, which is equipped with a peak detector, and a berry gripping device which is mechanically connected to the force-measuring sensor through a rod-shaped force distributor, and a device for controlling the gripping device. The gripping device is in form of pivotally connected fixed and spring-loaded movable cup-shaped gripping jaws which grip the berry from the side opposite the side where it is attached to the fruitstalk. The end of the fixed jaw is attached to the rod-shaped force distributor, and the end of the movable jaw, in order to facilitate opening and closing of jaws, is kinematically connected to the device for controlling the gripping device.

EFFECT: high efficiency of control operations.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области садоводства, а именно к средствам контроля физико-механических свойств ягод.The invention relates to the field of gardening, and in particular to means for controlling the physical and mechanical properties of berries.

Усилие отрыва ягод от плодоножки или ветви растения - один из важных показателей качества, на получение заданного значения которого ведется селекционная работа. Этот показатель в существенной степени определяет производительность труда при ручном сборе урожая, пригодность сорта к механизированному сбору, потери при уборке, 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.63-69, 119-121]. Так, например, для облепихи селекция ведется на снижение усилия отрыва, а для жимолости, наоборот - на повышение. Для определения усилия отрыва в полевых условиях специалистами используются пружинные динамометры, которые имеют следующие недостатки: низкую точность; не имеют захватных устройств, специально приспособленных для ягод; определение значения усилия в момент отрыва осуществляется оператором визуально и субъективно. Наиболее совершенными являются портативные электронные динамометры, среди которых наиболее близким аналогом изобретению является индикатор усилия отрыва ягод [Измерение усилия отрыва ягод облепихи / А.Ф.Алейников, В.В.Минеев, В.А.Золотарев, С.Н.Хабаров // Достижения науки и техники в АПК. - 2010. - № 10. - С.78-80]. Прибор состоит из портативного корпуса, с расположенными в нем силоизмерительным датчиком, электроизмерительной схемой и цифровым индикатором, а также вилкообразного захвата ягод, механически соединенного с силоизмерительным датчиком через стержневой распределитель силы. Электроизмерительная схема прибора снабжена пиковым детектором, что позволяет фиксировать максимальные (пиковые) значения силы в момент отрыва ягоды. Недостатком данного технического решения является конструкция захвата ягод, не приспособленная для отрыва ягод с плотным расположением в кисти и короткой плодоножкой (облепиха, виноград и т.п.). Кроме того, после отрыва ягода падает на землю, потому что прибор не содержит улавливающего устройства, что создает дополнительные неудобства, так как после отрыва ягоды обычно проводят измерения прочности ее кожицы на раздавливание.The effort of separation of berries from the stalk or branch of the plant is one of the important quality indicators, the selection work of which is being carried out. This indicator substantially determines labor productivity during manual harvesting, the suitability of the variety for mechanized harvesting, losses during harvesting, and is also used in the development of berry-harvesting machines and mechanisms [Panteleeva E.I. Buckthorn buckthorn (Hippophae rhamnoides L.): monograph / Ros. Acad. S.-kh. sciences. Sib. Separation. Scientific researched Institute of Gardening of Siberia. - Barnaul, 2006. - S. 63-69, 119-121]. So, for example, for sea buckthorn, selection is carried out to reduce the breakaway force, and for honeysuckle, on the contrary, to increase. To determine the separation force in the field, specialists use spring dynamometers, which have the following disadvantages: low accuracy; do not have grippers specially adapted for berries; determination of the value of effort at the time of separation is carried out by the operator visually and subjectively. The most advanced are portable electronic dynamometers, among which the closest analogue of the invention is an indicator of the separation force of berries [Measurement of the separation force of berries of sea buckthorn / A.F. Aleinikov, V.V. Mineev, V.A. Zolotarev, S.N. Khabarov // Achievements of science and technology in the agricultural sector. - 2010. - No. 10. - P.78-80]. The device consists of a portable case, with a force-measuring sensor located in it, an electric-measuring circuit and a digital indicator, as well as a fork-shaped berry picker, mechanically connected to the force-measuring sensor through a rod force distributor. The electrical circuit of the device is equipped with a peak detector, which allows you to record the maximum (peak) value of force at the time of separation of the berries. The disadvantage of this technical solution is the design of the capture of berries, not suitable for tearing berries with a dense arrangement in the brush and a short stalk (sea buckthorn, grapes, etc.). In addition, after peeling, the berry falls to the ground, because the device does not contain a trapping device, which creates additional inconvenience, since after peeling off the berries, crushing strength of its skin is usually measured.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение производительности контрольных операций за счет обеспечения удобного захвата ягод с плотным расположением в кисти и затрудненным доступом к плодоножке и их улавливания после отрыва.The technical result of the invention is to increase the productivity of control operations by providing a convenient grip of berries with a dense arrangement in the brush and difficult access to the stalk and their capture after separation.

Технический результат в изобретении достигается тем, что в прибор для измерения усилия отрыва ягод, состоящий из портативного корпуса с расположенными в нем силоизмерительным датчиком, цифровым индикатором и электроизмерительной схемой, снабженной пиковым детектором, а также захвата ягод, механически соединенного с силоизмерительным датчиком через стержневой распределитель силы, введено устройство управления захватом, а захват выполнен в виде шарнирно соединенных неподвижной и подпружиненной подвижной захватных чашеобразных губок, охватывающих ягоду со стороны, противоположной ее креплению с плодоножкой, при этом хвостовик неподвижной губки закреплен на стержневом распределителе силы, а хвостовик подвижной губки для обеспечения открывания и закрывания губок кинематически связан с устройством управления захватом. Устройство управления захватом состоит из гибкого троса, выполненного, например, из прочной нерастягивающейся нити, направляющего ролика, закрепленного на стержневом распределителе силы, а также из закрепленного на внешней стороне корпуса прибора механического привода, снабженного подвижным штоком с ручкой для перемещения этого штока пальцем оператора и возвратной пружиной для приведения штока в исходное состояние, при этом кинематическая связь хвостовика подвижной губки с устройством управления захватом осуществлена огибающим направляющий ролик гибким тросом, один конец которого закреплен на хвостовике подвижной губки, а второй - на наружном конце штока так, что в исходном состоянии подвижного штока нет механического воздействия устройства управления на захват. Верхние кромки захватных чашеобразных губок, сходящиеся к плодоножке, выполнены с вырезами в центральной части, исключающими перерезание плодоножки при закрывании губок. Таким образом, данное техническое решение обеспечивает подачу захватных элементов не сбоку, а спереди ягоды, так что соседние ягоды не мешают продвижению верхних кромок захватных губок вглубь кисти, а чашеобразная форма губок и их открывание и закрывание с помощью устройства управления захватом обеспечивают нетравматичный отрыв и улавливание ягод.The technical result in the invention is achieved by the fact that in the device for measuring the force of separation of berries, consisting of a portable case with a force sensor located therein, a digital indicator and an electric circuit equipped with a peak detector, as well as capture berries mechanically connected to the force sensor through a rod distributor force, a gripper control device is introduced, and the gripper is made in the form of pivotally fixed stationary and spring-loaded movable gripping cup-shaped jaws covering the berry from the side opposite to its fastening with the peduncle, while the shank of the fixed jaw is fixed to the rod force distributor, and the shank of the movable jaw is kinematically connected with the gripper control device to ensure the jaws are opened and closed. The gripper control device consists of a flexible cable made, for example, of a strong non-stretchable thread, a guide roller fixed to a rod force distributor, and also of a mechanical drive fixed to the outside of the device body, equipped with a movable rod with a handle for moving this rod with the operator’s finger and return spring to bring the rod to its original state, while the kinematic connection of the shank of the movable jaw with the gripper control device is carried out by the envelope a railing roller with a flexible cable, one end of which is fixed on the shank of the movable jaw, and the second on the outer end of the rod so that in the initial state of the movable rod there is no mechanical effect of the control device on the grip. The upper edges of the gripping cup-shaped jaws, converging to the stalk, are made with cutouts in the central part, excluding cutting the stalk when closing the jaws. Thus, this technical solution provides the supply of gripping elements not from the side but from the front of the berry, so that neighboring berries do not interfere with the advancement of the upper edges of the gripping jaws into the depths of the brush, and the cup-shaped shape of the jaws and their opening and closing by means of the gripper control device provide non-traumatic tearing and trapping berries.

На фиг.1 изображен чертеж внешнего вида прибора для измерения усилия отрыва ягод (вид сбоку), а на фиг.2 - чертеж внешнего вида захватных губок (вид сверху).Figure 1 shows a drawing of the appearance of the device for measuring the force of separation of berries (side view), and figure 2 is a drawing of the appearance of the gripping jaws (top view).

Прибор состоит из портативного корпуса 1, на передней стенке которого находятся кнопки управления 2, цифровой индикатор 3, а на задней - механический привод 4 устройства управления захватом. Внутри корпуса 1 размещена электроизмерительная схема, снабженная пиковым детектором, и силоизмерительный датчик (не показаны), механически соединенный со стержневым распределителем силы 5, выходящим наружу через отверстие в корпусе 1. На другом конце распределителя силы 5 закреплен хвостовик 6 неподвижной захватной чашеобразной губки 7 и ось 8, с установленным на ней направляющим роликом 9. Неподвижная захватная чашеобразная губка 7 посредством оси 10 шарнирно соединена с подвижной захватной чашеобразной губкой 11, имеющей хвостовик 12, таким образом, что при сближении хвостовиков 6 и 12 верхние кромки захватных чашеобразных губок 7 и 11 расходятся. К хвостовику 12 прикреплена прочная гибкая нерастягивающаяся нить 13. Второй конец нити 13 пропущен через отверстие в хвостовике 6 и прикреплен с помощью регулировочной гайки к наружному концу подвижного штока 14 механического привода 4 так, что нить 13 огибает направляющий ролик 9 и в исходном состоянии, показанном на фиг.1, ненатянута. Подвижный шток 14 снабжен ручкой 15 для перемещения его пальцем оператора. В механическом приводе 4 установлена пружина 16, фиксируемая гайкой 17, а между захватными чашеобразными губками 7 и 11 - пружина 18 для возврата соответственно подвижного штока 14 и захватной чашеобразной губки 11 в исходное состояние, как показано на фиг.1. Верхние кромки захватных чашеобразных губок 7 и 11, сходящиеся к плодоножке 19, выполнены с вырезами 20 (см. фиг.2), исключающими перерезание плодоножки 19 при закрывании губок 7 и 11. Ягода 21 свободно заключена в пространстве между губками 7 и 11 и благодаря чашеобразной форме губок 7 и 11 после отрыва остается в этом же пространстве.The device consists of a portable case 1, on the front wall of which there are control buttons 2, a digital indicator 3, and on the back there is a mechanical drive 4 of the gripper control device. Inside the housing 1 there is an electrical measuring circuit equipped with a peak detector, and a force measuring sensor (not shown) mechanically connected to a rod distributor of force 5, which extends out through an opening in the housing 1. At the other end of the distributor of force 5, a shank 6 of a fixed gripping cup-shaped jaw 7 is fixed axis 8, with a guide roller 9 mounted on it. The fixed gripping cup-shaped jaw 7 is pivotally connected via the axis 10 to the movable gripping cup-shaped jaw 11 having a shank 12, way that when approaching the shanks 6 and 12, the upper edges of cup-shaped gripping jaws 7 and 11 diverge. A strong flexible non-stretchable thread 13 is attached to the shank 12. The second end of the thread 13 is passed through the hole in the shank 6 and is attached with the help of an adjusting nut to the outer end of the movable rod 14 of the mechanical drive 4 so that the thread 13 bends around the guide roller 9 and in the initial state shown figure 1, loose. The movable rod 14 is equipped with a handle 15 for moving it with the finger of the operator. In the mechanical actuator 4, a spring 16 is installed, fixed by a nut 17, and between the gripping cup-shaped jaws 7 and 11, a spring 18 is used to return the movable rod 14 and the gripping cup-shaped jaw 11 to its original state, as shown in FIG. 1. The upper edges of the gripping cup-shaped jaws 7 and 11, converging to the peduncle 19, are made with cutouts 20 (see FIG. 2), excluding the cutting of the peduncle 19 when closing the jaws 7 and 11. The berry 21 is freely enclosed in the space between the jaws 7 and 11 and, thanks to the cup-shaped jaw 7 and 11 after separation remains in the same space.

Прибор для измерения усилия отрыва 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 совпадения оси симметрии стержневого распределителя силы 5 с предполагаемым направлением вектора силы растяжения, прилагаемой к плодоножке 19. Большим пальцем с помощью кнопок управления 2 производится сброс прибора в исходное нулевое состояние и запуск режима измерений. Затем производится захват исследуемой ягоды 21. Для этого указательным пальцем руки оператор ручкой 15 перемещает подвижный шток 14 в направлении нижней части корпуса 1, в результате чего нить 13 тянет хвостовик 12 подвижной захватной чашеобразной губки 11, и верхние кромки захватных чашеобразных губок 7 и 11 расходятся. Не опуская ручки 15, оператор вводит губки 7 и 11 захвата внутрь кисти так, чтобы исследуемая ягода 21 оказалась между губками 7 и 11. Затем оператор опускает ручку 15, нить 13 ослабевает, захватные чашеобразные губки 7 и 11 под действием возвратной пружины 18 смыкаются, плодоножка 19 оказывается внутри вырезов 20 (см. фиг.2), а подвижный шток 14 механического привода 4 под действием пружины 16 возвращается в исходное состояние. Отрыв ягоды 21 осуществляется оператором путем перемещения корпуса 1 на себя. При этом плодоножка 19 натягивается, а возникающая сила растяжения через стержневой распределитель силы 5 передается на силоизмерительный датчик. Сигнал датчика преобразуется электроизмерительной схемой в цифровой код, числовое значение которого отображается на цифровом индикаторе 3 в единицах силы. В момент отрыва ягоды показания цифрового индикатора 3 являются максимальными и благодаря наличию пикового детектора в электроизмерительной схеме фиксируются на цифровом индикаторе 3 и считываются оператором. Ягода 21 извлекается из захвата путем раскрытия захватных чашеобразных губок 7 и 11 нажатием на ручку 15 подвижного штока 14 механического привода 4.A device for measuring the effort of separation of berries works as follows. The body of the device 1 must be taken in the palm of the right or left hand, while the thumb should be near the control buttons 2, and the device itself should be in the position of coincidence of the axis of symmetry of the core force distributor 5 with the assumed direction of the tensile force vector applied to the stem 19. Thumb using the control buttons 2, the device is reset to the initial zero state and the measurement mode starts. Then the test berry 21 is captured. For this, with the index finger of the hand, the operator 15 moves the movable rod 14 towards the lower part of the housing 1, as a result of which the thread 13 pulls the shank 12 of the movable gripping cup-shaped jaw 11, and the upper edges of the gripping cup-shaped jaws 7 and 11 diverge . Without lowering the handle 15, the operator inserts the gripping jaws 7 and 11 into the brush so that the test berry 21 is between the jaws 7 and 11. Then the operator lowers the handle 15, the thread 13 weakens, the gripping cup-shaped jaws 7 and 11 are closed by the return spring 18, the stem 19 is inside the cutouts 20 (see figure 2), and the movable rod 14 of the mechanical actuator 4 under the action of the spring 16 is returned to its original state. The separation of berries 21 is carried out by the operator by moving the housing 1 on itself. In this case, the peduncle 19 is stretched, and the resulting tensile force through the rod distributor of force 5 is transmitted to the load cell. The sensor signal is converted by an electrical measuring circuit into a digital code, the numerical value of which is displayed on the digital indicator 3 in units of force. At the time of separation of berries, the readings of digital indicator 3 are maximum and due to the presence of a peak detector in the electrical measuring circuit are recorded on digital indicator 3 and are read by the operator. The berry 21 is removed from the grip by opening the gripping cup-shaped jaws 7 and 11 by pressing the handle 15 of the movable rod 14 of the mechanical actuator 4.

Изобретение может быть осуществлено на базе портативных силоизмерительных индикаторов, цифровых динамометров, состоящих из разборного корпуса с силоизмерительным датчиком, электроизмерительной схемой, цифровым индикатором, кнопками управления и набором сменных крюков, захватов, которые широко представлены на рынке приборов. Например, силоизмерительные индикаторы DN-FGA фирмы DACELL (Ю. Корея) [www.dacell.ru], цифровые динамометры растяжения DPS фирмы IMADA [www.tes-s.ru], силоизмерительные устройства BFG, CFG фирмы MECMESIN (Англия) [www.mecmesin.ru]. Предлагаемая конструкция захвата прибора для измерения усилия отрыва ягод легко сопрягается с датчиком силы этих устройств путем замены штатных сменных крюков и захватов, а механический привод 4 устанавливается на препарированную заднюю стенку корпуса.The invention can be carried out on the basis of portable load indicators, digital dynamometers, consisting of a collapsible housing with a load sensor, an electrical measurement circuit, a digital indicator, control buttons and a set of interchangeable hooks, grips, which are widely represented on the market for devices. For example, force-measuring indicators DN-FGA from DACELL (South Korea) [www.dacell.ru], digital tension dynamometers DPS from IMADA [www.tes-s.ru], force-measuring devices BFG, CFG from MECMESIN (England) [www .mecmesin.ru]. The proposed design of the capture device for measuring the effort of separation of berries easily mates with a force sensor of these devices by replacing the standard interchangeable hooks and grippers, and the mechanical drive 4 is mounted on the prepared rear wall of the housing.

Испытания экспериментального образца прибора для измерения усилия отрыва ягод, изготовленного на базе электронного динамометра LYMAN (США) [www.wht.ru], выявили следующие характеристики:Tests of an experimental sample of the device for measuring the force of separation of berries, made on the basis of an electronic dynamometer LYMAN (USA) [www.wht.ru], revealed the following characteristics:

диаметр исследуемых ягод от 5 до 16 мм;diameter of the studied berries from 5 to 16 mm;

диапазон определяемых сил от 0,098 (10) Н (гс) до 19,60 (2000) Н (гс);range of detectable forces from 0.098 (10) N (gf) to 19.60 (2000) N (gf);

цена единицы наименьшего разряда 0,0196 (2,0) Н (гс);unit price of the least discharge 0,0196 (2,0) N (gf);

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).the limits of the permissible systematic component of the main absolute error of force in the range from 0.098 (10) to 1.96 (200) N (gf) ± 0.039 (4.0) N (gf); in the range from 1.96 (200) to 14.7 (1500) N (gf) ± 0.098 (10) N (gf); in the range from 14.7 (1500) to 19.6 (2000) N (gf) ± 0.196 (20) N (gf).

Claims

1. A device for measuring the force of separation of berries, consisting of a portable case with a force sensor located therein, a digital indicator and an electric circuit equipped with a peak detector, as well as capture berries mechanically connected to the force sensor through a rod force distributor, characterized in that a gripper control device was introduced to it, and the gripper is made in the form of pivotally fixed stationary and spring-loaded movable gripping cup-shaped jaws spanning a berry from the side s, opposite its fastening with the stem, with the fixed jaw shank is fixed on the rod distributor force, and the movable jaw shank for opening and closing the jaws is kinematically connected to the control device gripper.

2. The device for measuring the effort of separation of berries according to claim 1, characterized in that the gripper control device consists of a flexible cable made, for example, of a strong non-stretching thread, a guide roller, mounted on a rod force distributor, and also mounted on the outside the casing of a mechanical drive device equipped with a movable rod, a handle for moving this rod along its axis with an operator’s finger and a return spring for bringing the rod to its original state, while the kinematic connection of the tails The movable jaw was equipped with a gripper control device with a flexible cable enveloping the guide roller, one end of which is fixed to the shank of the movable jaw, and the other on the outer end of the rod, so that in the initial state of the movable rod there is no mechanical effect of the control device on the gripper.

3. The device for measuring the force of separation of berries according to claim 1 or 2, characterized in that the upper edges of the gripping cup-shaped jaws, converging to the stalk, are made with cutouts in the central part, excluding the cutting of the stalk when closing the jaws.