CC BY
8
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Научная статья УДК 631.355.3
Исследование процесса однозернового высева семян высевающих аппаратов сеялок
Валерий Викторович Цыбулевский, Алексей Евгеньевич Матущенко,
Александр Александрович Полуэктов
Кубанский государственный аграрный университет
Аннотация. В настоящее время для испытания и исследования сельскохозяйственных машин создан ряд оригинальных приборов, которые позволяют получить высококачественные объективные показатели, наиболее полно характеризующие их работу. В то же время практически отсутствуют приборы, обеспечивающие проведение исследовательской работы посевных машин, в частности высевающих аппаратов, на уровне современной науки с максимальным использованием электронных устройств и вычислительной техники. При создании прибора для исследования однозерновых высевающих аппаратов, работающих на различных скоростных режимах, необходимо знать количественные характеристики закона распределения интервалов между семенами при одиночном и групповом их падении от высевающего аппарата до дна борозды, что и определило основную цель теоретического и экспериментального исследования. Результаты исследования показали, что распределение семян в процессе падений их от высевающего аппарата до дна борозды при однозерновом высеве происходит по закону Пуансона, а интервалы между падающими семенами распределяются по показательному закону. Получены зависимости, позволяющие определить на различных режимах работы однозерно-вого высевающего аппарата плотность потока семян, абсолютную величину и направление векторов начальных скоростей падения двух семян из одной ячейки диска высевающего аппарата, величину интервала между падающими семенами.
Ключевые слова: сеялка, высевающий аппарат, закономерность распределения, зависимость, семена.
Для цитирования: Цыбулевский В.В., Матущенко А.Е., Полуэктов А.А. Исследование процесса однозернового высева семян высевающих аппаратов сеялок // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 6 (92). С. 134 - 137.
Original article
Investigation of the process of single-grain sowing of seeds of sowing devices of seeders
Valery V. Tsybulevsky, Alexey E. Matushchenko, Aleksander A. Poluektov
Kuban State Agrarian University
Abstract. At present, a number of original devices have been created for testing and researching agricultural machines, which allow obtaining high-quality objective indicators that most fully characterize their work. At the same time, there are practically no devices that ensure the conduct of research work of seeding machines, in particular seeding machines, at the level of modern science with the maximum use of electronic devices and computers. When creating a device for the study of single-grain sowing devices operating at different speed modes, it is necessary to know the quantitative characteristics of the law of distribution of intervals between seeds during their single and group fall from the sowing device to the bottom of the furrow, which determined the main goal of the theoretical and experimental research. The results of the study showed that the distribution of seeds in the process of their falling from the sowing apparatus to the bottom of the furrow with single-grain sowing occurs according to the Punch's law, and the intervals between falling seeds are distributed according to the exponential law. Dependences have been obtained that make it possible to determine the density of the flow of seeds, the absolute value and direction of the vectors of the initial rates of falling of two seeds from one cell of the disk of the sowing device, the size of the interval between falling seeds at different operating modes of the single-grain sowing device.
Keywords: seeder, sowing device, distribution pattern, dependence, seeds.
For citation: Tsybulevsky V.V., Matushchenko A.E., Poluektov A.A. Investigation of the process of singlegrain sowing of seeds of sowing devices of seeders. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 92(6): 134 - 137. (In Russ.).
При работе однозернового высевающего аппарата в ячейки диска могут попадать два и более семян. В этом случае из высевающего аппарата будет выпадать одновременно группа семян, количество и распределение которых
должно быть подсчитано и зафиксировано прибором. Чтобы решить вопрос о создании прибора для исследования однозерновых высевающих аппаратов при работе на различных скоростных режимах, необходимо знать количественные ха-
рактеристики закона распределения интервалов между семенами при одиночном и групповом их падении. Распределение интервалов между семенами во времени при одиночном и групповом падании от высевающего аппарата до дна борозды на повышенных скоростях до сих пор недостаточно изучено.
Цель и задачи исследования - теоретическое и экспериментальное исследование закономерностей распределения временных интервалов между семенами при одиночном и групповом их падении от высевающего аппарата до дна борозды; разработка методики исследования процесса распределения временных интервалов между падающими семенами.
Материал и методы. Случайный характер распределения интервалов между падающими семенами позволил использовать для его исследования методы теории вероятностей и массового обслуживания.
Для обоснования применимости методов теории массового обслуживания к решению поставленной задачи был рассмотрен технологический процесс высева семян с точки зрения соответствия его компонентов категориям этой теории. Установлено существование потока требований и обслуживающей системы. Потоком требований являлся поток семян, поступающий из высевающего аппарата, а обслуживающей системой являлись приборы, на которые поступал поток семян для его изучения [1].
Процесс высева семян рассматривался как поток случайных событий, в котором событие может наступать (при заполненной ячейке) и может не наступать (при незаполненной, пустой ячейке).
Установлено также, что распределение семян при падении от высевающего аппарата до дна борозды удовлетворяет требованиям простейшего потока случайных событий и может быть охарактеризовано следующим законом распределения интервалов между падающими семенами:
= (1)
или функцией плотности интервалов
F Ю = -Vh,
(2)
Нами были рассмотрены факторы, влияющие на рассредоточение группы семян в полёте после их отделения от высевающего аппарата. Исследование проводилось применительно к высевающему аппарату с вертикальным диском и неподвижным клиновидным выталкивателем.
Процесс выталкивания группы семян из ячейки высевающего аппарата рассматривался с точки зрения теории удара. Установлено, что начальные скорости (и{, и") выпадения первого семени, попавшего на неподвижный выталкиватель, и последующего за ним второго соответственно являются функциями скорости вращения высевающего диска (Уё), угла постановки неподвижного выталкивателя (а), коэффициентов восстановления ударов семян о неподвижный выталкиватель (К) и семян одно о другое (К1), а также положения семян в ячейке, определяемого углом (у) [3].
Указанные функции имеют вид:
и[, и"2= f V, а, К, К„ у). (3)
В результате теоретического исследования были получены зависимости для определения абсолютных начальных скоростей семян, выбрасываемых по два из ячейки высевающего аппарата:
U = 0,5V
(k2 sin2 а + cos2 a)(sin(ß - y)(l - Kx)2 + +4cos2(ß-у)) + cos2(a - y)(1 + K1)2 + , (4) (2sin(ß - y)cos(ß - y)(1 - K1)2 x^
<4k
2 2 2 sin а + cos а
где - плотность потока семян,
tи - интервалы времени между двумя последовательными падениями семян. В процессе однозернового высева семян не исключена возможность захватов и выноса группы семян рабочим органом высевающего аппарата. Свойство давать то или иное количество семян ячейками высевающего диска в основном зависит от конструктивных особенностей высевающего аппарата и от точности калибровки семян. Семена, выброшенные из ячейки высевающего диска по два, при падении рассредотачиваются и достигают дна борозды через определённые интервалы времени [2].
где у - угол, определяющий положение семян в ячейке, между неподвижным выталкивателем и линией, соединяющей центры семян. Учитывая, что семена не одновременно достигают выталкивателя и, следовательно, не одновременно покидают ячейку, а через определённый промежуток времени Д^ то величина линейного интервала между двумя падающими семенами, выброшенными из одной ячейки, будет изменяться по определённому закону, который можно выразить следующей зависимостью:
/ Л
2gt + At
^0=^111 8
- + а■
и,
кр
(1 + *')
/ Igt Л
и,
кр
-и^М, (5)
(1 + а')
где А8у0 - величина линейного интервала между падающими семенами,
икр - критическая скорость падения семян, а' и а" - постоянные величины при значении проекций начальных скоростей падения
семян.
a, = икр U1y0 a„ = икр u2y0
икр + Uy 0
икр + U2y0
+
Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 6 (92)
Технические науки
Проекции начальных скоростей имеют вид:
и1у0 = ^соэ ц, и2 у0 = u2cos р:
(6)
где ц - угол между вектором начальной скорости и{ и осью Уо;
р - угол между вектором начальной скорости ы"2 и осью Уо-
Анализ полученного уравнения (5) показывает, что интервал пути между двумя падающими семенами изменяется с изменением начальных скоростей семян и'у0 и и2у0, времени задержки падения семян (ДО и аэродинамических свойств последних [4].
Результаты исследования. В результате проведённых исследований установлена закономерность распределения интервалов между падающими семенами при однозерновом высеве, получены критическая и качественная их характеристики. С помощью скоростной киносъёмки изучалась динамика распределения семян в полёте от высевающего аппарата до дна борозды.
Было установлено, что семена из высевающего аппарата выбрасываются по одному через определённые интервалы времени в зависимости от окружной скорости высевающего диска и количества ячеек в нём. Одновременно определялись скорости падения семян в зависимости от высоты падения и плотности потока семян на трёх скоростях высевающего диска [5].
Была получена зависимость для определения плотности потока семян = /(V, Z, К) и построены графики расчётных и экспериментальных значений При анализе графиков установлено, что плотность потока семян вначале имеет значения, близкие к расчётным до окружной скорости высевающего диска Vё = 0,24 м/с, затем по мере возрастания скорости высевающего диска разница между значениями плотности потока семян расчётными и экспериментальными становится более существенной.
Распределение интервалов в миллисекундах между падающими семенами в зависимости от плотности потока семян, полученное путём моделирования на ЭВМ, представлено на рисунке 1. По рисунку видно, что с изменением плотности потока семян характер кривой распределения интервалов изменяется. Наиболее интенсивный рост кривой наблюдается на участке от 0 до 15...20 мс [6].
Поскольку экспериментальные исследования преследовали также цель определения оптимальных значений длительности интервалов между падающими семенами в миллисекундах, как исходные данные для проектирования приборов, то было проведено специальное исследование распределения интервалов между падающими семенами в пределах от 0 до 3 мс на разных скоростях высевающего диска [7].
В результате исследования были определены значения и установлены зависимости изменения
величин интервалов между двумя семенами, падающими вместе, и высотой их падения при различных окружных скоростях высевающего диска (рис. 2).
РШ 1,0 0,8 0.6 ол 02 О
V"
уу
//
/
§
/ /
1 /
( /
/
1
1=0,0689 1=0,0585 1=00279
20 40 60 80 Ш
t мс
Рис 1. - Распределение интервалов в зависимости от плотности потока семян
Рис. 2 - Изменение величины интервала между двумя вместе падающими семенами в зависимости от высоты их падения
Установлено, что с увеличением высоты падения ^У0) одновременно двух семян линейный интеграл между ними увеличивается.
С увеличением окружной скорости высевающего диска (К^) линейный интервал между семенами уменьшается, а с уменьшением скорости интервал увеличивается.
В процессе исследования были определены согласно методике коэффициенты восстановления при ударе семян о неподвижный металлический выталкиватель и друг о друга. Коэффициент восстановления семян при ударе о неподвижную металлическую пластину находился в пределах К = 0,14...0,20, а при ударе семян одно о другое коэффициент изменялся от 0,14 до 0,22.
Объём работ по исследованию высевающих аппаратов является весьма большим и трудоёмким. Применение совершенных приборов в этой области позволит повысить точность исследования, снизить затраты труда и денежных средств.
Вывод. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, что распределение семян в процессе падений их от высевающего аппарата до дна борозды при однозерновом высеве происходит по закону Пуансона, а интервалы между падающими семенами распределяются по показательному закону.
В результате исследования были получены зависимости, позволяющие определить на различных режимах работы однозернового высевающего аппарата плотность потока семян, абсолютную величину и направление векторов начальных скоростей падения двух семян из одной ячейки диска высевающего аппарата, величину интервала между падающими семенами.
Литература
1. Цыбулевский В.В., Матущенко А.Е., Полуэктов А.А. Определение размеров отверстий ячеек высевающего диска // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 3 (89). С. 112 - 115.
2. Цыбулевский В.В., Матущенко А.Е., Полуэктов А.А. Приложение теории вероятности к рассмотрению условий заполнения ячеек диска высевающего аппарата дражжированными семенами // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 4 (90). С. 130 - 133.
3. Пат. РФ на изобретение № 2479192 С2. Устройство для сбора семян / Курасов В.С., Куцеев В.В., Драгу-ленко В.В., Руднев С.Г. Опубл. 20.04.2013. Бюл. № 11.
4. Матущенко А.Е. Высев мелкосемянной культуры, костреца безостого // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: сб. ст. по матер. XII Всерос конф. молодых учёных / отв. за вып. А.Г. Кощаев. Краснодар, 2019. С. 142 - 143.
5. Халанский В.М., Горбачев И.В. Сельскохозяйственные машины. М.: КолосС, 2004. 624 с.
6. Драгуленко В.В. Анализ устройства для высева амаранта // Новая наука: от идеи к результату. 2016. № 12 - 3. С. 68 - 70.
7. Пат. РФ на изобретение № 2626170 С1. Комплекс для обработки почвы, внесения удобрений и сева семян травосмесей / Тарасенко Б.Ф. и др. Опубл. 25.04.2016. Бюл. № 14.
Валерий Викторович Цыбулевский, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина». Россия, 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, [email protected]
Алексей Евгеньевич Матущенко, ассистент. ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина». Россия, 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, [email protected]
Александр Александрович Полуэктов, соискатель. ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина». Россия, 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, [email protected]
Valery V. Tsybulevsky, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor. Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin. 13, Kalinin St., Krasnodar, 350044, Russia, [email protected]
Alexey E. Matushchenko, assistant. Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin. 13, Kalinin St., Krasnodar, 350044, Russia, [email protected]
Aleksander A. Poluektov, research worker. Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin. 13, Kalinin
St., Krasnodar, 350044, Russia, [email protected]
-♦-
Научная статья УДК 631.312.021.6
Обоснование конструктивных параметров дискового плуга
Сергей Георгиевич Руднев, Ирина Александровна Петунина,
Ирина Васильевна Вульшинская, Мовсес Дмитриевич Сарксян
Кубанский государственный аграрный университет
Аннотация. Вспашку почвы в рисовых чеках ведут навесными и прицепными лемешными плугами с культиваторным или полувинтовым типом отвала. Длительное пребывание почвы чеков под слоем воды предопределяет её повышенную влажность и значительную связность. При обработке этих почв лемешно-отвальным рабочим органом плуга образуются ленточные пласты, которые затрудняют проветривание пахотного горизонта. Цель исследования - нахождение и обоснование основных рабочих органов дискового плуга, который при обработке рисовых чеков не образует ленточного пласта, а создаёт крупнокомковатую структуру. Это улучшает аэрацию пахотного слоя и обеспечивает повышение урожая. Получены аналитические и графические зависимости процесса работы дискового плуга, которые послужат основой для дальнейших теоретических и экспериментальных исследований.
Ключевые слова: плуг, диск, координаты, поперечное сечение, зависимость.
Для цитирования: Обоснование конструктивных параметров дискового плуга / С.Г Руднев, И.А. Петунина, И.В. Вульшинская [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 6 (92). С. 137 - 141.
