CC BY
12
Вестник Курганской ГСХА № 3, 2016 Теаш^ские науки 71
УДК 631.33.024
Ю. Н. Мекшун, С. Г. Лопарева, С. С. Родионов
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЗЕРНОВКИ С НАКЛОННЫМ ОТРАЖАТЕЛЕМ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «КУРГАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ
АКАДЕМИЯ ИМЕНИ Т. С. МАЛЬЦЕВА»
Yu. N. Mekshun, S. G. Lopareva, S. S. Rodionov STUDYING OF PROCESS HOW THE WEEVIL INTERACT WITH IYCLINED REFLECTOR
FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION «KURGAN STATE AGRICULTURAL ACADEMY BY T. S. MALTSEV»
Аннотация. Рассмотрена задача обеспечения равномерности распределения семян зерновых при посеве. Разработаны методики исследования процесса распределения семян для определения конструктивных параметров отражательной поверхности, заключающиеся в использовании как теоретических расчетов траектории движения зерновки, так и результатов экспериментов о виде распределения и величине разброса значений дальности отскока после удара.
Ключевые слова: траектория зерновки; косой удар; отражатель; равномерность посева.
Юрий Николаевич Мекшун
Yury Nikolaevich Mekshun кандидат технических наук, доцент [email protected]
Сергей Сергеевич Родионов
Sergey Sergeyevich Rodionov кандидат технических наук, доцент [email protected]
Введение. В процессе возделывания сельскохозяйственных культур особенно важной и ответственной операцией является посев, поскольку именно при посеве закладывается основа будущего урожая.
Величина урожая и его качество в значительной мере определяются качеством проведения посева. Основные агротехнические требования к посеву это соблюдение нормы высева и равномерное распределение семян по площади поля и глубине заделки. В настоящее время широко применяется при посеве зерновых культур рядовой посев. Семена при этом способе высеваются рядами, заделываются на одинаковую глубину. При этом семена в рядке располагаются достаточно равномерно, но незасеянные междурядья обусловливают нерациональное использование площади посева. Организация иного способа посева, например, разбросного, обеспечивает более равномерное распределение семян по площади посева, но является сложной технической задачей. Тем не менее, попытки создания рабочих
Summary. The problem of ensuring uniformity of grain seeds distribution during sowing is considered. The research techniques of process of seeds distribution for determination reflective surface design data are developed. Both theoretical calculations of weevil movement trajectory and results of experiments about a type of distribution and size of dispersion values of rebound range after blow are developed.
Keywords: weevil trajectory; slanting blow; reflector; sowing uniformity.
Светлана Геннадьевна Лопарева
Svetlana Gennadevna Lopareva [email protected]
органов, обеспечивающих такой посев, не прекращаются. Чаще всего в качестве рабочих органов таких сеялок используют сошники для безрядкового или полосного посева семян [1]. Однако не удается избежать недостатков: неравномерное распределение семян по всей ширине сошника, низкая техническая и технологическая надежность из-за сложности конструкции элементов для распределение семян, неодинаковая глубина заделки семян и даже потери в виде не заделанных в почву семян. В связи с этим была поставлена задача: выявить влияние отдельных конструктивных факторов на качество распределения семян по площади и определить оптимальные конструктивные параметры сошника.
Методика. На первом этапе выполнили эксперименты для определения дальности отскока вертикально падающей зерновки от наклонного отражателя. Имитировали падение зерновки по семяпроводу, удар об отражатель и полет над поверхностью почвы. Выполнено по 100 бросков для каждого условия. В эксперименте фиксировали дальность полета. Наклон отражателя к горизонту изменяли от 25 до 65°. Для каждого угла наклона определили пределы разброса значений дальности отскока семян, построили гистограммы полей разброса и определили среднее значение дальности отскока [2].
72 Научный журнал Вестник Курганской ГСХА
В Ма^саС создали программу, моделирующую:
- полет зерновки в воздухе (вертикальное падение до удара об отражатель);
- косой удар зерновки о плоскость (поверхность) отражателя;
- полет по кривой после удара
Сопротивление воздуха при расчете в виду высоких
скоростей полёта (около 3 м/с) принимали пропорциональным квадрату скорости (V2). В этом случае аналитического решения дифференциальных уравнений движения не существует [3; 4], поэтому для математического описания движения зерновки в воздухе используют численные методы [5; 6].
Для математического описания косого удара зерновки использовали три модели:
- в предположении, что удар описывается гипотезой сухого трения [7],
- описывается гипотезой вязкого трения [7],
- в предположении равенства угла падения а и угла отражения в.
Поскольку дальность отскока зерновки от отражателя характеризовался значительным разбросом значений, что объясняется сложной формой зерновки, приняли решение о необходимости изучении вида распределения значений дальности. Анализ вида распределения, а также степени разброса показал, что поиск необходимых параметров отражательной поверхности целесообразно выполнять с использованием математической модели при наличии у отражателя не одной, а нескольких плоскостей, наклоненных под разными углами к горизонту. Кроме того, ранее проведенные экспериментальные исследования показали [2], что значительное влияние на распределение семян сошником при разбросном посеве оказывает его потолочная поверхность. Поэтому в расчет включили возможность отскока зерновки от поверхности лапы (потолочный отскок). Изменяя параметры отражателя и учитывая параметры разброса можно с использованием разработанной математической модели полета и отскока зерновки получить итоговую картину распределения семян по ширине полосы посева. Такой подход позволяет рассчитать множество вариантов конструктивного исполнения отражателя для достижения достаточно высокого уровня равномерности посева.
Результаты. Для всех углов наклона рассчитали численно с использованием программы, написанной в Ма^саС, траекторию полета для трех моделей косого удара. Все модели одинаково определяют величину нормальной составляющей скорости после удара V (рисунок 1):
Ы = к ■ рг.
ут= ит-/(ип -Уя),
Рисунок 1 - Векторы скоростей зерновки до удара и после удара
В соответствии с гипотезой вязкого трения [7] при определении касательной скорости после удара V необходимо использовать значение мгновенного коэффициента трения к.
(3)
Кг= (1 -Я) ■ и
(1)
где к - коэффициент восстановления,
ип - нормальная составляющая скорости до удара,
м/с.
Значение касательной составляющей скорости после удара V все три модели определяют по-разному. Так, в соответствии с гипотезой сухого трения [4]:
(2)
где и - касательная составляющая скорости до удара, м/с,
/ - коэффициент трения материалов зерновки и отражателя.
Приняли Х=/.
Кроме использования этих моделей рассчитали дальность полета зерновки после отражения в предположении равенства угла падения а и угла отражения в. В этом случае
гт= к ■ит (4)
На рисунке 2 представлены результаты расчета траекторий полета зерновки при наклоне плоскости отражателя к горизонту а=35°. Среднее значение дальности полета, определенное экспериментально, составило 0,13 м. Видно, что для условий эксперимента все три расчетные модели дают близкие к действительному и между собой значения дальности полета. Тем не менее, наилучшее совпадение расчетных и экспериментальных данных при всех других углах наклона отражателя получено при использовании гипотезы вязкого трения при косом ударе. В дальнейшем при математическом расчете траектории полета зерновки использовали только эту модель.
Среднее значение дальности полета, вычисленное теоретически и определенное экспериментально, совпадают. Однако результаты экспериментов свидетельствуют о значительном разбросе значений дальности полета. На рисунке 3 представлена гистограмма, дающая представление о разбросе величины дальности полета для одного варианта опыта. Кроме того, вид распределения в значительной степени зависит от угла наклона отражателя. Поэтому при определении конструктивных параметров отражателя сошника необходимо учитывать дальность полета и вид распределения.
Лапы сошников сеялок имею различную ширину, т. е. рассеиватель должен обеспечить разброс семян на 1/2 ширины в каждую сторону. С учетом величины поля разброса и его вида было принято решение, что исполнение отражателя в виде двух или нескольких плоскостей с разными углами наклона обеспечит перекрытие зон разброса и позволит получить приемлемую равномерность разброса семян.
Вестник Курганской ГСХА № 3, 2016 Теаш^аше науки 73
0,1
0 0,05 0,1 0,15
Горизонтальная координата 1_, м
Траектории зерновки: ооо - гипотеза сухого трения;--гипотеза вязкого трения;
х х х - углы падения и отражения равны.
Рисунок 2 - Расчетные траектории полета зерновки для трех моделей косого удара для угла наклона отражателя 35 градусов
дт ая
а
!Т
Горизонтальная координата 1_, см
Рисунок 3 - Гистограмма распределения дальности полета зерновки после отскока при наклоне плоскости отражателя 35 градусов
Дальнейшее исследование включает в себя расчет полета зерновки при разных углах наклона и расположения отражающих поверхностей рассеивателя. Кроме того, учет отскока зерновки не только от рассеивате-ля, но и от поверхности лапы (потолочный отскок) позволит получить более объективные результаты распределения семян. Получаемые при этом результаты обусловят решение о конструктивных параметрах сошника и, в частности, отражателя.
Выводы. 1 Разработанная математическая модель расчета траектории полета зерновки для разных углов наклона позволяет изучить зависимость дальности полета от угла наклона отражателя.
2 Результаты экспериментальных исследований дают представление о виде и величине поля разброса зерновки после отскока. При определении конструктивных параметров отражателя сошника необходимо учитывать не только среднее значение дальности полета, но и вид распределения при данном угле наклона отражателя.
Список литературы
1 Архипов, А. С., Чумаков В. Г. Сеялка зерновая безрядковая // Сельский механизатор. - 2004. - № 3.
- С. 9-10.
2 Лопарева С. Г. Исследование процесса рассева семян пассивным плоскостным рассеивателем // Современное состояние и перспективы развития агропромышленного комплекса : Материалы международной научно-практической конференции 27-28 апреля 2016 г.
- Курган : КГСХА, 2016. - С. 456.
3 О движении твердого тела в сопротивляющейся среде, брошенного под небольшим углом к горизонту / Н. И. Горбач, Ю. А., Гурвич, Д. А. Крайник [и др.] // Минск : УО «Белорусский национальный технический университет, 2013. - С. 301-309.
4 Лойцянский Л. Г., Лурье А. И. Курс теоретической механики : В 2-х томах. Динамика. - 6-е изд., перераб. и доп. - М. : Наука, 1983. - Т. II. - 640 с.
5 Чумаков В. Г., Родионова С. И. Экспериментальные исследования косого удара // Инновационные технологии и техника нового поколения - основа модернизации сельского хозяйства : материалы междунар. науч.-практ. конф. ГНУ ВИМ Россельхозакадемии. - М. : Изд-во ГНУ ВИМ Россельхозакадемии, 2011. - С. 42-43.
6 Чумаков В. Г. Сепарация зернового вороха наклонным воздушным потоком // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. - 2009. - № 3. - С. 83-88.
7 Вибрация в технике : справочник. - в 6 т. / Под ред. В. Н. Челомей. - М. : Машиностроение, 1981. - Т. 4. - С. 327.
