CC BY
46
5. Kropp, A. Ye. Machine drives with pulse variator / A. Ye. Kropp. - M.: Mashinostroyeniye, 1988. -144 p., illustr.
6. Artobolevsky I. I. Theory of mechanisms and machines / I. I. Artobolevsky. - M.: Nauka, 1975. -638 p.
7. Yesipenko, Ya. I. Mechanical speed variators / Ya. I. Yesipenko. - K.: Gostekhizdat of UkrSSR, 1961. - 220 p.
8. Bat, M. I. Theoretical mechanics in examples and tasks / M. I. Bat, G.Yu. Janelidze, A. S. Kelzon; edited by D. R. Merkina. Vol. 1. Statistics and kinematics. - 8-e Izd., revised. - M.: Nauka, Main editorial board for physical and mathematical literature, 1984. - 504 p.
9. Blagonravov, A. A. Mechanical continuously variable transmission of non-friction type / A. A. Blagonravov. - M.: Mashinostroyeniye, 1977. - 143 p.
10. RF patent № 2467227 IPC F16H 37/14 (2006.01) Lever variator / N. P. Larushin S. A. Sushov, V. V. Lapin, A. V. Antonov. - Publ. 20.11.2012, bull. No. 32.
11. Kozhevnikov, N. Theory of mechanisms and machines / N. Kozhevnikov. - M.: Mashinostroyeniye, 1973. - 591 p.
12. Ivanov, A. I. Control and measuring devices in agriculture: the manual / A. I. Ivanov, A. M. Ku-likov, B. S. Tretyakov. - M.: Kolos, 1984. - 352 p.
13. The Klenin, N. I. Agricultural and irrigation machines / N. I. Klenin, V. A. Sakun. - M.: Kolos, 1994. - 751 p.
14. Artobolevsky, I. I. Synthesis of planar mechanisms / I. I. Artobolevsky, N. I. Levitsky, S. A. Cher-kudinov. - Moscow: Fizmatgiz, 1959. - 1084 p.
15. Sowing machines. Theory, design, calculation: monograph / N. P. Larushin, A. V. Machnev, V. V. Shumayev et.al. - M.: Rosinformagrotech, 2010. - 292 p.
УДК 631.331.022
ИССЛЕДОВАНИЕ КАТУШЕЧНОГО ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА С УВЕЛИЧЕННЫМ ОБЪЕМОМ ЖЕЛОБКОВ
Н. П. Ларюшин, доктор техн. наук, профессор; В. В. Шумаев, канд. техн. наук, доцент;
А. В. Шуков, канд. техн. наук, доцент
ФГБОУ ВО Пензенская ГСХА, Россия, e-mail: shumaev.vasya@yandex.ru
Посев является одной из ответственных операций при возделывании зерновых культур. Качественный посев с соблюдением агротехнических требований позволит получить высокий урожай и окупить затраты труда и денежных средств. Одним из основных и ответственных рабочих органов сеялки является высевающий аппарат. Чтобы получить высокий и устойчивый урожай, высевающие аппараты должны обеспечивать равномерное распределение семян по площади питания, быструю и удобную установку на заданную норму высева, соблюдение установленной нормы высева, адаптацию к различному размеру и качеству семенного материала, минимальное повреждение высеваемых семян.
Высевающие аппараты, применяемые в сеялках, не в полной мере отвечают агротехническим требованиям по качеству высева. При работе высевающие аппараты дают пульсирующий поток высеваемых семян, отчего неравномерность распределения семян по площади питания увеличивается, что приводит к снижению урожайности зерновых культур [1, 2, 6].
Авторами предлагается новая конструкция высевающего аппарата зерновой сеялки. Дается описание лабораторной установки. Получены аналитические формулы для расчета основных параметров конструкции. Указаны результаты экспериментальных исследований, которые проведены согласно методике, требованиям руководящих документов, и сделаны соответствующие выводы.
Ключевые слова: высевающий аппарат, катушка, зерно, норма высева, желобок, сеялка.
Введение.
Анализируя работу высевающих аппаратов катушечного типа можно заключить, что все они имеют активный слой семян при работе катушки совместно с клапаном, при этом толщина активного слоя непостоянная и зависит от сил внутреннего трения между семенами, окружной скорости ребер
катушки, вида семян, поэтому высев семян катушкой пульсирующе-порционный, при этом резко снижается равномерность распределения семян по площади рассева, усложняется установка малых норм высева. Все это ведет к снижению урожайности сельскохозяйственных культур. С целью повышения равномерности распределения
семян по площади рассева нами предлагается высевающий аппарат зерновой сеялки, предусматривающий принудительное перемещение объема семян в семяпровод, равного объему семян находящихся только в желобках катушки, без активного слоя, присущего всем существующим катушечным высевающим аппаратам [3, 5].
Описание лабораторной установки.
При работе катушечного высевающего аппарата с увеличенным объемом желобков катушки равномерность распределения семян по площади рассева зависит от
множества факторов. Поэтому лабораторные исследования проводились на экспериментальной установке в почвенном канале (рис. 1, 2) с применением методики планирования многофакторного эксперимента [4, 6, 8].
Экспериментальные исследования по определению оптимальной конструкции высевающего аппарата проводились согласно ОСТ 70.5.1-82 на лабораторной установке (рис. 1), состоящей из почвенного канала 4 и приводной тележки 11 с рамой 12. На приводную тележку 11 монтируются
/ 2 Л * 5 6 У в ? Ю Л е 13 * в 16 17 18
Рис. 1. Схема лабораторной установки для определения оптимальной конструкции
высевающего аппарата: 1 - система полиспастов; 2 - гибкий трос; 3, 10 - цепная передача; 4 - почвенный канал;
5, 8 - электродвигатель; 6 - преобразователь; 7 - мотор-редуктор; 9 - провода; 11 - приводная тележка; 12 - параллелограммный механизм; 13 - бункер; 14 - высевающий аппарат; 15 - семяпровод; 16 - сошник; 17 - поверхность рассева; 18 - пульт управления
Рис. 2. Общий вид поверхности рассева
Нива Поволжья № 3 (36) август 2015 109
бункер 13 для семян, высевающий аппарат 14, семяпровод 15 и сошник 16. Для приближения экспериментальных условий к реальным сошник 16 на приводную тележку 11 устанавливали таким образом, чтобы нижняя кромка лапы сошника 16 почти касалась поверхности рассева 17. Поверхность рассева 17 представляет собой липкую ленту, на которую нанесены учетные квадраты размером 5x5 см. Движение приводной тележки 11 осуществляется с помощью электродвигателя 5 через мотор-редуктор посредством цепной передачи 3, системы полиспастов 1 и гибкого троса 2. Вал высевающего аппарата 14 катушечного типа приводится во вращение от электродвигателя 8 и многоступенчатого редуктора 7 с помощью цепных передач 10. Включение и отключение установки производится с пульта управления 18 и преобразователя частоты 6 [7, 9, 10].
Опыты проводились в следующей последовательности. Устанавливали исследуемую катушку, засыпали семенной материал в бункер (не менее % от его общего объема) и производили пуск высевающего аппарата с целью заполнения его семенами. С пульта управления включали привод тележки. Семена, проходя через высевающий аппарат и семяпровод, ударяясь о распределитель семян, укладывались на липкую ленту, на которой нанесены учетные квадраты размером 5x5 см. (рис. 2) [11, 12 13].
При планировании эксперимента первоначально выбирался критерий оптимизации, который должен иметь ясный физический смысл и количественную оценку. Для любого высевающего аппарата оценочными критериями процесса являются распределение семян по площади рассева, производительность и энергоемкость. В данном случае в качестве критерия оптимизации нами был принят коэффициент вариации (V), характеризующий распределение семян по площади рассева, а остальные критерии использовались как ограничения [13, 14].
При исследовании процесса высева семян катушечным высевающим аппаратом с увеличенным объемом желобков катушки (рис. 3) были выявлены факторы, влияющие на процесс работы, и первоначально было выбрано более 8, которые характеризовали конструктивно-кинематические параметры экспериментального высевающего аппарата и технологические условия процесса.^^^^^Н^^^^!
С целью сокращения общего объема опытов проводили отсеивающий эксперимент, по результатам которого после обра-
ботки получилась информация о значимости каждого параметра, что позволило исключить из дальнейшего рассмотрения малозначащие факторы и сократить объем дальнейших исследований. На основании результатов отсеивающего эксперимента было выбрано три основных наиболее значимых фактора: радиус желобков катушки, жесткость ворса щетки, расположение щетки относительно вертикально-продольной плоскости катушки [6, 12, 15, 16].
Рис. 3. Общий вид катушечного высевающего аппарата с увеличенным объемом желобков катушки
После обработки результатов многофакторного эксперимента получили адекватную математическую модель второго порядка, описывающую зависимость = (г,Р<<) в закодированном виде:
У=58,04434+0,44816- х1+0,11142■ х2 -0,54508■ хз - 1,23610 ■ х12 - 0,31796■ х22 +1,12620■ х^+0,10352 ■ хх +0,27604■ хх +0,36808■х2х3. (1)
После канонического преобразования и определения вида поверхности отклика проводили анализ с помощью двухмерных сечений.
Для получения двухмерного сечения поверхности отклика, характеризующего равномерность распределения семян, показатель радиус желобков катушки (х?) и жесткость ворса щетки (х2), в уравнение (1) подставляли значение х3=0, в результате чего получили
У-58,03889=-3,626-х12-4,964-х22. (2)
Подставляя различные значения показателя равномерности распределения семян в уравнение (2), получили уравнения соответствующих контурных кривых - эллипсов, в совокупности представляющих целое семейство сопряженных эллипсов (рис. 4).
Рис. 4. Двухмерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость равномерности распределения семян от радиуса желобков катушки (г) и жесткости ворса щетки (Р)
Из рисунка 4 видно, что равномерность распределения семян составляет 89,4 % при нахождении оптимальных значений рассматриваемых факторов (радиуса желобков катушки г и жесткости ворса щетки Р) в пределах г = 8...16 мм, Р = 1,5...2,0 Н/м.
Двухмерное сечение поверхности отклика, характеризующее показатель равномерности распределения семян в зависимости от жесткости ворса щетки и угла расположения щетки относительно вертикально-продольной плоскости катушки, описывается уравнением
У -58,15564=-2,933-х 2 -5,653-х32 . (3)
На основании полученных данных строилось двухмерное сечение (рис. 5).
Рис. 5. Двухмерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость равномерности распределения семян от радиуса желобков катушки и угла расположения щетки относительно вертикально-продольной плоскости катушки
Анализируя рисунок 5, видим, что равномерность распределения семян составляет 90,2 % при нахождении оптимальных значений рассматриваемых факторов (жесткости ворса щетки и угла расположения щетки относительно вертикально-продольной плоскости катушки) Р = 1,5.2,0 Н/м, Ф = 0.8 град.
Поверхности отклика, характеризую-щеего радиус желобков катушки и угол расположения щетки относительно вертикально-продольной плоскости катушки, выражается уравнением
У-58,24337=-3,284-х?-4,358-х32 . (4)
После подстановки в уравнение (4) различных значений критерия оптимизации получили уравнения второй степени в стандартной форме, на основании которых строилось двухмерное сечение поверхности отклика (рис. б).
Анализируя рисунок 6, видим, что равномерность распределения семян составляет 91,5 % при нахождении оптимальных значений рассматриваемых факторов (радиуса желобков катушки и угла расположения щетки относительно вертикально-продольной плоскости катушки) г = 8.16 мм, Ф = 0.8 град.
Жесткость ворса щетки, Н/м
Рис. 6. Двухмерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость равномерности распределения семян от жесткости ворса щетки (Р) и угла расположения щетки относительно вертикально-продольной плоскости катушки (ф)
При использовании уравнения (1) в инженерных расчетах удобнее представить его в раскодированном виде. Переход от кодированных значений (х?, х2, х3) к натуральным значениям (г, ф, Р) факторов осуществляли в соответствии с условиями эксперимента. Уравнение (1) с учетом значимости коэффициентов регрессии можно представить следующим выражением:
Нива Поволжья № 3 (36) август 2015 111
V = 49,07401+2,99492■г- 5,53035 ф -- 2,40246■ Р- 0,13932 г2 + 0,09990 ф2 + +0,14182^ Р2+0,23485^г ф + +0,01566 гР +0,50922■ ф Р. (4.53)
При этом оптимальные значения параметров г, ф, Р в раскодированном виде будут следующими: радиус желобков катушки 12,848 мм; жесткость ворса щетки 1,674 Н/м; расположение щетки относительно вертикально-продольной плоскости катушки 3,334 град.
Выводы.
На основе анализа уравнения регрессии второго порядка, полученного при реализации трехфакторного эксперимента униформ-ротатабельного плана, определены интервалы оптимальных значений конструктивных и режимных параметров катушечного высевающего аппарата с увеличенным объемом желобков катушки: радиус желобков катушки г = 8...16 мм, жесткость ворса щетки Р = 1,5...2,0 Н/м и угол расположения щетки относительно вертикально-продольной плоскости катушки ф = 0.8 град.
Литература
1. Нуруллин, Э. Г. Анализ и оценка дозирующих устройств современных посевных комплексов / Э. Г. Нуруллин, И. 3. Исламов, И. М. Салахов // Вестник Казанского ГАУ. - 2009. -№ 2(12). - С. 53-55.
2. Ларюшин, Н. П. Теоретические и экспериментальные исследования процесса посева семян зерновых культур комбинированным сошником сеялки-культиватора: Теория, конструкция, расчет: монография / Н. П Ларюшин, А. В. Мачнев, В. В. Шумаев. - Пенза: РИО ПГСХА, 2012. -125 с.
3. Ларюшин, Н. П. Результаты лабораторных исследований аппарата для высева семян мелкосеменных культур / Н. П. Ларюшин, В. Н. Кувайцев, И. В. Бычков // Нива Поволжья. - 2013. -№ 2(27). - С.88-93.
4. Результаты полевых исследований экспериментальной сеялки ССВ-3,5 / В. Н. Кувайцев, Н. П. Ларюшин, Р. Р. Девликамов [и др.] // Техника и оборудование для села. - 2014. - № 9 (207). -С. 14-17.
5. Ильин, С. Г. Разработка и внедрение энергосберегающих технологий возделывания яровой пшеницы в условиях юго-востока Западной Сибири / С. Г. Ильин // Аграрный вестник Урала. -2008. - № 4. - С. 64.
6. Шумаев, В. В. Повышение качества посева зерновых культур сеялкой-культиватором с разработкой комбинированного сошника: автореф. дис. ... канд. техн. наук / В. В. Шумаев. - Пенза, 2009. - 20 с.
7. Шумаев, В. В. Повышение качества посева зерновых культур сеялкой-культиватором с разработкой комбинированного сошника: дис. . канд. техн. наук / В. В. Шумаев. - Пенза, 2009. -139 с.
8. Теоретические исследования технологического процесса работы катушечного высевающего аппарата с увеличенным объемом желобков / В. Н. Кувайцев, Н. П. Ларюшин, А. В. Шуков, Р. Р. Девликамов // Нива Поволжья. - 2014. - № 2 (31). - С. 58-64.
9. Ларюшин, Н. П. Теоретические исследования комбинированного сошника для одновременного разноуровневого внесения удобрений и посева семян / Н. П. Ларюшин, В. Н. Кувайцев, А. В. Бучма, В. В. Шумаев // Нива Поволжья. - 2014. - № 1(30). - С. 82.
10. Ларюшин, Н. П. Посевные машины. Теория, конструкция, расчет / Н. П. Ларюшин, А. В. Мачнев, В. В. Шумаев, А. В. Шуков // Международный журнал экспериментального образования. - 2010. - № 12. - С. 64.
11. ГОСТ Р 52778-2007. Испытания сельскохозяйственной техники. Методы эксплуатационно-технологической оценки. - М.: Изд-во стандартов, 2007. - 28 с.
12. Ларюшин, Н. П. Сеялка сплошного высева с комбинированными сошниками / Н. П. Ларюшин, А. В. Мачнев, В. В. Шумаев // Тракторы и сельхозмашины. - 2011. - № 2. - С. 11-12.
13. Мельников, С. В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С. В. Мельников, В. Р. Алешкин, П. М. Рощин. - Л.: Колос, 1980. - 167 с.
14. Ларюшин, Н. П. Результаты лабораторных исследований вариатора привода высевающих аппаратов / Н. П. Ларюшин, В. Н. Кувайцев, А. В. Шуков // Нива Поволжья. - 2013. - № 1(26). -С. 55-60.
15. Ларюшин, Н. П. Теоретическое исследование рабочего процесса барабанной картофе-лесортировки / Н. П. Ларюшин, О. Н. Кухарев, В. С. Бочкарев // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2012. - № 3. - С. 19-25.
16. Ларин, М. А. Экспериментальные исследования сошника с направителем-распредели-телем семян пневматической сеялки / М. А. Ларин, А. В. Мачнев, В. В. Мачнева, А. В. Шуков // Вестник Ульяновской ГСХА. - 2012. - № 3. - С. 23-28.
UDK 631.331.022
TESTING THE REEL SOWING UNIT WITH THE INCREASED VOLUME OF GROOVES
N. P. Larushin, Dr. tech. sciences, professor; V. V. Shumayev, candidate of technical sciences, associate Professor; A. V. Shukov, candidate of technical sciences, associate professor
FSBEE HPT "Penza SAA", Russia, e-mail: shumaev.vasya@yandex.ru
Sowing is one of the most important operations in crop cultivation. Quality sowing with observance of agrotechnical requirements will enable to obtain a high yield and to return labour costs and money funds. One of the main and essential working bodies of the drill is the sowing unit. To obtain high and stable yield, sowing units should provide a uniform distribution of seeds on the area of nutrition, quick and convenient installation on a given seeding rate, keep the established seeding rate, adapt to various size and quality of seed, to minimize damage of seed being planted.
The seeding apparatus being used in the drills, do not fully meet the agronomic requirements on the quality of seeding. During operation the seeding units provide a pulsating flow of seeds being planted, causing uneven distribution of seed on feeding area, resulting in decreased yields of crops [1, 2, 6].
The authors propose a new design of the sowing unit of grain drills. A description of the laboratory installation is given in the article. Analytical formulas for calculating the basic parameters of the design are obtained. The results of the experimental tests that were conducted according to the methodology and the requirements of the guidelines, are shown, and appropriate conclusions are made by the authors.
Key words: sowing unit, reel, grain, seeding rate, groove, drill.
References:
1. Nurullin, E. G. Analysis and evaluation of metering devices of modern sowing machines / E. G. Nurul-lin, I. Z. Islamov, I. M. Salakhov // Vestnk of Kazan state agrarian university. - 2009. - № 2(12). - P. 53-55.
2. Larushin, N. P. Theoretical and experimental studies of the process of sowing seeds of crops with the combined plough of seeder-cultivator: Theory, design, calculation: monograph / N. P Larushin, A. V. Machnev, V. V. Shumayev. - Penza: EPD PSAA 2012. - 125 p.
3. Larushin, N.P. The results of the laboratory testing the apparatus for seeding of small-seeded crops / N. P. Larushin, V. N. Kuvaitsev, I. V. Bychkov // Niva Povolzhya. - 2013. - № 2(27). - P. 88-93.
4. The results of field testing the experimental seeder CCB-3,5 / V. N. Kuvaitsev, N. P. Larushin, R. R. Devlikamov [et al.] // Machinery and equipment for the village. - 2014. - № 9 (207). - P.14-17.
5. Ilyin, S. G. Development and introduction of energy saving technologies of cultivation of spring wheat in the conditions of South-East of Western Siberia / S. G. Ilyin // Agrarian Vestnik of the Urals. -2008. - No. 4. - P. 64.
6. Shumayev, V. V. Improving the quality of grain crops sowing with the seeder-cultivator with the development of a combined opener: author. dis. ... candidate. tech. sciences / V. V. Shumayev. -Penza, 2009. - 20 p.
7. Shumayev, V. V. Improving the quality of grain crops sowing with seeder-cultivator with the development of a combined opener: dis. ... candidate. tech. sciences / V. V. Shamaev. - Penza, 2009. - 139 p.
8. Theoretical studies of the technological process of reel sowing unit with the increased volume of grooves / V. N. Kuvaitsev, N. P. Larushin, A. V. Shukov, R. R. Devlikamov // Niva Povolzhya. - 2014. -№ 2 (31). - P. 58-64.
9. Larushin, N. P. Theoretical study of the combined opener for simultaneous fertilizing and seeding on different levels / N. P. Larushin, V. N. Kuvaitsev, A.V. Buchma, V. V. Shumayev // Niva Povolzhya. -2014. - № 1(30). - P. 82.
10. Larushin, N. P. Sowing machines. Theory, design, calculation / N. P. Larushin, A. V. Machnev, V. V. Shumayev, A. V. Shukov // International journal of experimental education. - 2010. - No. 12. - 64 p.
11. State standard R 52778-2007. Testing agricultural equipment. Methods of operational and technology assessments. - M.: Publishing house of standards, 2007. - 28 p.
12. Larushin, N. P. Planter of continuous seeding with combined openers / N. P. Larushin, A. V. Machnev, V. V. Shumayev // Tractors and farm machinery. - 2011. - No. 2. - P. 11-12.
13. Melnikov, S. V. Planning an experiment in studies of agricultural processes / S. V. Melnikov, V.R. Aleshkin, P. M. Roshchin. - Leningrad: Kolos, 1980. - 167 p.
14. Larushin, N. P. Results of laboratory studies of the variator of drive of seedmeters / N. P. Larushin, V. N. Kuvaitsev, A. V. Shukov // Niva Povolzhya. - 2013. - № 1 (26). - P. 55-60.
15. Larushin, N. P. Theoretical study of the working process of the rotary drum potato handling / N. P. Larushin, O. N. Kukharev, V. S. Bochkarev // Izvestiya of Samara state agricultural academy. -2012. - No. 3. - P. 19-25.
16. Larin, M. A. Experimental study of the opener with seed dispenser of a pneumatic drill / M. A. Larin, A. V. Machnev, V. V. Machnev, A. V. Shukov // Vestnik of Ulyanovsk state agricultural academy. -2012. - No. 3. - P.23-28.
Нива Поволжья № 3 (36) август 2015 113
