CC BY
19
УДК 631.531.027.2
ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ СЕМЕННОГО МАТЕРИАЛА ПО ЛОПАСТИ ОТРАЖАТЕЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ДРАЖИРАТОРА
А. В. ЧЕРВЯКОВ
ГНУ «Научно-исследовательский экономический институт Министерства экономики Республики Беларусь г. Минск, Беларусь, 220086
С. В. КУРЗЕНКОВ, Д. А. МИХЕЕВ
УО «Белорусская государственная орденов Октябрьской Революции и Трудового Красного Знамени сельскохозяйственная академия», г. Горки, Могилевская область, Беларусь, 213407 (Поступила в редакцию 12.07.2016)
Дражирование семян является одним из способов улучшения посевных качеств семян. Дражирование наиболее эффективно для мелких семян и семян, имеющих неправильную форму, поскольку после дражирования таких семян значительно упрощается их высев. Для дражирования семян используют специализированное оборудование, которое называется дражиратор. В УО БГСХА совместно c сотрудниками НПП «Белама плюс» (г. Орша) был разработан центробежный дражиратор для послойного нанесения питательно-защитных компонентов на поверхность семян. Для активизации процесса движения семян в камере смешивания центробежного дражиратора и создания «семенной завесы» в предлагаемой установке было предложено использовать лопастной отражатель. В статье предлагается аналитический метод исследования движения семенного материала по лопасти отражателя центробежного дражиратора. Получены аналитические зависимости, позволяющие моделировать процесс движения семян по лопастному отражателю. Для моделирования процесса движения семян необходимо экспериментальным путем определить коэффициент восстановления семян. Результаты работы будут использованы для расчета и моделирования различных режимов воздействия на семенную массу и вводимые компоненты, с целью интенсификации процесса их смешивания и наслаивания в установках предлагаемой конструкции.
Ключевые слова: движение семенного материала, дражиратор, лопастный отражатель.
Seed pelleting is one of the methods of improvement of sowing quality of seeds. Pelleting is most effective for small seeds and seeds with irregular shape, because after pelleting the sowing of such seeds is much easier. For seed pelleting they use specialized equipment, called granulator. In BSAA together with the staff of «Belama plus» (Orsha) they developed centrifugal granulator for the layering of feeding-protective components on the surface of seeds. To activate the process of movement of seeds in the mixing chamber of centrifugal granulator and creation of «seed curtain» in the proposed device, we suggest using blade reflector. The article presents analytical method of research into the movement of seed material along the blade of centrifugal granulator reflector. We have obtained analytical dependences allowing to simulate the process of seed movement along the blade reflector. To model the process of seed movement, it is necessary to experimentally determine the coefficient of seed recovery. The results will be used to calculate and simulate different modes of influencing the seed mass and input components, in order to intensify the process of their mixing and layering in the devices of the proposed construction.
Keywords: seed material movement, granulator, paddle reflector.
Введение
Получение высоких урожаев сельскохозяйственных культур возможно только при использовании для посева семян с высокими сортовыми и посевными качествами. Для улучшения посевных качеств семян используют предпосевную обработку. Предпосевная обработка семян не только улучшает всхожесть, но и освобождает семена от возбудителей болезней, значительно повышает их жизнеспособность и делает их прорастание более быстрым, что существенным образом влияет на урожайность, качество и себестоимость конечной продукции, от которых во многом зависит рентабельность отрасли [1-3, 7, 8]. Такие мероприятия, как очистка, сортировка, сушка, протравливание, а также ряд других, уже сейчас широко используются в практике сельского хозяйства Республики Беларусь. Как правило, они направлены на сохранение посевных качеств семян и практически не влияют на дальнейшее стимулирование роста и развития растений. В этом отношении научный интерес представляют технологии предпосевного стимулирования семян биологическими препаратами и химическими веществами, обеспечивающими повышение их посевных качеств. К таким технологиям можно отнести технологию нанесения питательных веществ и удобрений на сами семена, т. е. дражирование семян.
Дражирование - прием предпосевной подготовки семян путем обволакивания их защитной питательной оболочкой. Этот способ предполагает увеличение размеров семени и придание им правильной формы. В состав оболочки входят питательные, стимулирующие рост и развитие, а также защитные вещества. Дражирование наиболее эффективно для мелких семян и семян, имеющих неправильную форму, поскольку после дражирования таких семян значительно упрощается их высев [1-3, 7, 8].
Оборудование, применяемое для технологии дражирования, называется «дражираторы семян». Анализ зарубежного опыта нанесения искусственных оболочек на поверхность семян показывает, что наиболее совершенным является метод дражирования путем наслаивания оболочки [2]. Для дражиро-вания семян сахарной свеклы эффективным является применение быстроходного оборудования, периодического действия с вертикально расположенным вращающимся дном, основанное на гравитационно-механическом способе смешивания. По такому принципу работают серийно выпускаемые машины для дражирования мировых лидеров сельхозмашиностроения - фирм «Petkus» и «Cimbria» [2]. В УО БГСХА совместно c сотрудниками НПП «Белама плюс» (г. Орша) было разработано оборудование, предназначенное для послойного нанесения питательно-защитных компонентов на поверхность семян. Подробное описание данного оборудования и принцип его работы рассмотрен в следующем источнике [2]. Особенность камеры смешивания дражиратора в том, что она состоит из двух частей: цилиндрического неподвижного корпуса, на котором расположен лопастной отражатель, и вращающегося дна, выполненного в виде усеченной конической поверхности, обращенной меньшим основанием вниз.
В ходе теоретических исследований [5, 6] были установлены законы движения семенного материала по коническому дну камеры смешивания и по цилиндрическому корпусу. Эти закономерности позволили моделировать процесс движения по этим элементам. Для активизации процесса движения семян в камере смешивания и отрыва их от стенок камеры смешивания и создания «семенной завесы» в предлагаемой установке было предложено использовать лопастной отражатель.
Целью данной работы являлось получение теоретических зависимостей движения семенного материала по лопасти отражателя центробежного дражиратора для дальнейшего моделирования движения и получения полного представления о движении семян в камере смешивания.
Основная часть
Нами предлагается аналитический метод исследования движения семенного материала по лопасти отражателя в камере смешивания центробежного дражиратора.
Рассмотрим движение семенного материала по элементу цилиндрической формы с переходом его на лопасть отражателя (рисунок). Сделаем привязку лопасти отражателя к прямоугольной декартовой системе координат. Для этого начало координат поместим в нижнюю точку крепления лопасти к корпусу камеры смешивания, ось Ох направим по лопасти отражателя, ось Оу - перпендикулярно ей, а ось Оz - вверх по линии ее крепления.
Рис. Схема для расчета траектории движения семени при попадании на лопасть отражателя: 1 - семя; 2 - лопасть отражателя; 3 - корпус камеры смешивания; ктр - высота лопасти; /отв - длинна лопасти; в - угол наклона лопасти
До момента попадания на лопасть отражателя семя движется со скоростью у, по стенке корпуса камеры смешивания. При попадании на лопасть отражателя семя испытывает удар о лопасть и продолжает движение со скоростью у под углом 5 к нормали поверхности лопасти.
По теореме импульсов в проекциях на выбранные оси [4] получим следующие уравнения на ось X:
тс -У2х " тс -У1х = Ях, (1)
где У2х - проекция скорости на ось X после отражения от лопасти, м/с; У1х - проекция начальной скорости на ось X, м/с; - проекция импульса силы на ось X, мс, на ось У:
тс Уу - тс 'Уу = Яу, (2)
где У2у - проекция скорости на ось У после отражения от лопасти, м/с; У1у - проекция начальной скорости на ось У, м/с; « - проекция импульса силы на ось У, мс.
В фазе деформации нормальная составляющая скорости меняется от У1у до 0, следовательно:
Яху = 0-тс -Уху. (3)
В фазе восстановления составляющая скорости будет иметь вид:
Я2у = тс - У,у. (4)
Согласно теории Ньютона, отношение величин проекций относительной скорости тел после удара и до удара на направление общей нормали к поверхности тел в точке их соприкасания есть постоянная величина к (коэффициент восстановления), зависящая от материала соударяющихся тел:
У2у (5)
k=-
Su
К,
Я1у У 1у
Коэффициент восстановления характеризует, насколько восстанавливается нормальная составляющая скорости после удара. В случае когда удар абсолютно упругий коэффициент восстановления равен 1, если удар неупругий, то к=0.
При дражировании коэффициент к зависит от степени увлажнения семян во время обработки, это значение необходимо определить экспериментально для заданных условий.
Для касательных составляющих скоростей вводят коэффициент мгновенного трения, однако влияние трения значительно меньше, чем упругости, следовательно, этим коэффициентом можно пренебречь, тогда, учитывая вышеприведенные уравнения, получим:
(6)
sy = -m • Vy(i+k).
Связь между углом падения у и углом отражения 5 можно представить как:
Vlx = V2х = V2 • sin 5 = V • sin Y = V •cos в
V2y = k Vy = V • k • sin в,
(7)
(8)
отсюда получим:
£8 = *(90- ß). (9)
к
После отражения от лопасти, без учета силы сопротивления воздуха, семена будут двигаться по закону:
m • X = 0; m ' y" = 0;
mc ' z" = mc ' g,
где x, y", z - проекции ускорений на соответствующие оси координат, м/с2.
Сократим в уравнениях системы mc и дважды проинтегрируем их по времени движения семени. Тогда общее решение первого дифференциального уравнения системы будет иметь вид:
xc=Crt+C2, (11)
где Сь С2 - произвольные по стоянные.
Зависимость (11) в общем виде описывает перемещение семени вдоль оси Ох. Для того чтобы определить С1, С2, воспользуемся начальными условиями: хс(0)=х0=0; Vx(0)=V2x. Так как у = с , а у (0) = v ,
то C1=V2x. Тогда зависимость (11) примет вид хс=У2х'( + С2. Так как хс(0)=х0=0, то x0=V2x'0 + С2, а значит С6 = х0=0. Таким образом, перемещение семени вдоль оси Ох для рассматриваемого случая описывается соотношением :
X = ^ • t = V • cos(ß) • t. (12)
Поступая аналогичным образом, можно записать, что изменение вектора перемещения вдоль оси Oy подчиняется зависимости:
Ус = V2y • t = V ' k ' sin(ß) ' t. (13)
Перемещение семени вдоль оси Oz подчиняется зависимости:
z" =-g . 04)
Дважды проинтегрировав данное уравнение, получим:
Zc =-gf + Сз ' t + С4. (15)
При z(0)=z0 и (0) = V0, получим Vz0= -g'0+C3, откуда C3= Vz0.
Тогда _ g q2+vo 0+с , откуда С4 = z0. Таким образом, перемещение семени вдоль оси Oz бу-
дет определяться следующим образом:
Zc =-^ + Vz0't + Zo . (16)
Получение аналитических зависимостей вдоль координатных осей позволит моделировать процесс движения семян по лопасти отражателя.
Заключение
В результате аналитических исследований, были получены зависимости (12), (13), (16), которые можно использовать для моделирования движения семян по лопасти отражателя центробежного дра-жиратора. Для использования этих зависимостей в качестве математических моделей движения необходимо экспериментальным путем определить коэффициент восстановления семян к. Это позволит моделировать процесс движения семенной массы по лопасти отражателя, а значит объяснить влияние кинематических параметров процесса ее движения в камере смешивания на качественные и количественные показатели процесса дражирования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кротова, О. А. Предпосевная подготовка семян овощных культур / О. А. Кротова. - Тула, 1965. - 38 с.
2. Курзенков, С. В. Прогрессивные технологии и оборудование для дражирования семян / С. В. Курзенков, Д. А. Михеев // Научно технический прогресс в сельскохозяйственном производстве: материалы Междунар. научно-практ. конф. Минск, 21-22 Октября 2015 г. в 2 томах / РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства»; редкол.: П. П. Казакевич [и др.]. - Минск, 2015. - Т. 2. - С. 123-129.
3. Мухин, В. Д. Дражирование семян сельскохозяйственных культур / В. Д. Мухин. - М.: Колос, 1971. - 95 с.
4. Тарг, С. М. Краткий курс теоретической механики / С. М. Тарг. - Минск: Высш. шк., 1986. - 416 с.
5. Червяков, А. В. Динамика движения семенного материала по неподвижной цилиндрической части камеры дражи-ратора / А. В. Червяков, С. В. Курзенков, Д. А. Михеев // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. - 2012. - №4. - С. 123-128.
6. Червяков, А. В. Изучение динамики движения семенного материала по вращающейся конической части камеры дражиратора /А. В. Червяков, С. В. Курзенков, Д. А. Михеев // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. - 2012. - №2. - С. 131-137.
7. Червяков, А. В. Повышение посевных качеств семенного материала методом дражирования /А. В. Червяков, С. В. Курзенков, Д. А. Михеев // Научно технический прогресс в сельскохозяйственном производстве: материалы Между-нар. научно-практ. конф., Минск, 19-20 Октября 2010 г. в 2 томах, том 1/ НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства. - Минск 2010. - С. 70-74.
8. Яковлева, И. Г. Механизация изготовления и посева дражированных семян сельскохозяйственных культур./ И. Г. Яковлева. - Ф.: Кыргыстан, 1971. - 76 с.
