Обеспечение нормы высева мелкосеменных культур спиральновинтовым высевающим аппаратом Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 631.331.02

ОБЕСПЕЧЕНИЕ НОРМЫ ВЫСЕВА МЕЛКОСЕМЕННЫХ КУЛЬТУР СПИРАЛЬНОВИНТОВЫМ ВЫСЕВАЮЩИМ АППАРАТОМ

Артемьев Владимир Григорьевич, доктор технических наук, профессор кафедры «Сельскохозяйственные машины»

Курдюмов Владимир Иванович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Безопасность жизнедеятельности и энергетика»

Воронина Марианна Владимировна, кандидат технических наук,

Назарова Наталья Николаевна, аспирант

ФГБОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия»

432063, г.Ульяновск, бульвар Новый Венец, 1

Тел. 8(8422)55-95-72; e-maihugsha@yandex.ru

Ключевые слова: аппарат, спираль, кожух, шаг винта, норма высева.

Предложен новый спирально-винтовой высевающий аппарат, позволяющий высевать семена мелкосеменных культур поштучно. Определены его основные конструктивные параметры, обеспечивающие заданную норму высева семян.

Одной из наиболее значимых задач в настоящее время остается посев мелкосеменных культур, позволяющий получить дружные всходы. Мелкосеменные культуры (просо, морковь, рапс озимый и яровой, лен, горчица, мак и т.п.) при соблюдении научных рекомендаций по их возделыванию способны формировать высокие урожаи, а грамотно организованная система сбыта -высокие доходы.

Разработка средств механизации посева семян мелкосеменных культур с нормой высева 2...40 кг/га является сложной задачей для конструкторов и исследователей подобных машин [1, 2, 3]. Это связано с тем, что существующие высевающие устройства не всегда отвечают агротехническим требованиям по обеспечению равномерности высева отдельным аппаратом. Например, для моркови, петрушки, салата и др. культуры технологические требования сева следующие: одинаковая глубина заделки семян

(1,5.2 см) и равномерное распределение их в рядке (через 4.5 см).

Существенное значение для урожая имеет не только величина, но и форма площади питания. Установлено, что максимальную продуктивность обеспечивает площадь питания в форме квадрата со сторонами 5х5 см с точным распределением семян.

В настоящее время для посева мелкосеменных культур применяют сеялки СМК-1, СМК-5, Берегиня АП-421, СОН-2,8, СОПГ - 4,8, СКОН-4,2 СО-4,2 и др. Однако они обладают рядом недостатков. Например, используемые в некоторых из них катушечные высевающие аппараты не позволяют равномерно распределять семена вдоль рядка и обеспечить необходимую норму высева. Поэтому семена обычно смешивают с наполнителем

- сухим песком, гранулированными минеральными удобрениями и т.п. Тем не менее, неравномерность распределения семян и растений вдоль рядка достигает 130%, что

Рис. 1 - Принципиальная схема спирально-винтового высевающего аппарата: 1 - семенной ящик; 2 - семена; 3 - заслонка; 4 - кожух наружный; 5 - сердечник; 6 - спираль.

приводит к снижению урожайности.

Таким образом, задача совершенствования высевающего аппарата сеялок для мелкосеменных культур, способного улучшить равномерность распределения семян в рядке, выровнять их по площади питания и в результате повысить урожайность, является важной и актуальной.

Нами разработан, исследован и предложен для посева мелкосеменных культур высевающий аппарат со спирально-винтовым рабочим органом (рис. 1).

Принцип работы высевающего аппарата заключается в следующем. Вращающаяся в зазоре между кожухом 4 и сердечником 5 спираль 6 по винтовой линии перемещает семена от семенного ящика 1 к семяпроводам сеялки. Привод спирали осуществляют от опорных колес сеялки или любым другим способом.

Требуемую норму высева на 1 га можно обеспечить следующими способами:

- изменением скорости движения агрегата уд, км/ч;

- изменением ширины междурядьев t,

м;

- изменением частоты вращения спирали п, мин-1;

- изменением шага винтовой линии спирали 5, м;

- изменением диаметра спирали dH, м;

- изменением шероховатости внутренней поверхности кожуха и сердечника;

- изменением угла наклона кожуха к горизонту.

К одним из важных начальных условий при проектировании подобных спиральновинтовых высевающих аппаратов является знание насыпной плотности семян, натуры (массы 1000 штук семян), геометрических размеров семян и т.д. Например, просо имеет следующие параметры: длина / = 1,8...3,2 мм, ширина Ъ = 1,2...2,5 мм, толщина ® - 1,0...2,2 мм; плотность твердой фазы р= 1150 кг/м3; масса 1000 зерен дн = 7 г, насыпная плотность г = 850 кг/

н

м3; коэффициент внутреннего = 0,52; коэффициент внешнего трения /внеш = 0,40 (по дереву), /внеш = 0,33 (по стали); коэффициент динамического уплотнения К = 1,08. д ’

Коэффициент плотности укладки твердой фазы (критерий дисперсности):

внут

х = рн / р = 0,85/1,15 = 0,74. Эквивалентный диаметр проса:

(1)

с1ш = \1б-Уп/л = </б-0,52а3/3,14 = 1,98 мм, (2) где а » 2 мм - средняя толщина зерна проса.

Коэффициент формы зерна проса:

Ф=№=12,56/(3,14х1,982)=1,02, (3)

где Р = 3,14 • а = 3,14 • 4 = 12,56 - площадь поверхности зерна проса, мм;

і7 =лс!2 - поверхность шара, эквива-

эк эк 1 1 '

лентного зерну проса, мм2.

Объём зерна проса Уп=0,52а3 = 0,52-8 = 4,16 мм3. (4)

Конструктивные параметры спирально-винтового высевающего аппарата для мелкосеменных культур и режим его работы должны обеспечивать выполнение соответствующих агротехнических требований к процессу посева. Например, требуется посеять просо заданной нормой О = 10 кг/га при ширине междурядьев t = 0, 15 м при средней рабочей скорости посевного агрегата V = 7,2 км/ч. Агрегат за один час проходит

Рис. 2 - К определению конструктивных параметров СВВА:1 - семенная коробка; 2 - кожух; 3 - семена; 4 - спираль; 5 - сердечник; Dk - внутренний диаметр кожуха; dн

- наружный диаметр спирали; dT - наружный диаметр сердечника; S - шаг винтовой линии спирали; 5 - диаметр проволоки спирали

путь L, равный 7200 м. При заданной ширине междурядьев он засеет площадь S = Lt =

7200x0,15 = 880 м2. Масса высеянных семян дч в этом случае составит 880 г/ч, или 14,66 г в минуту.

Соответственно, подача высевающего аппарата W согласно агротехническим требованиям с учетом допускаемого агротехническими требованиями отклонения от нормы высева (± 3 %) должна находиться в пределах 14.15 г/мин.

Из ранее выполненных исследований известно, что в общем виде подачу спирально-винтового высевающего аппарата (далее

- СВВА), кг/с, можно определить из выражения:

W=Fkv r=Dk2SnKKrK, (5)

kzmk v f g 7 ' '

где Fk - площадь поперечного сечения кожуха, м2; vm - осевая скорость движения семян проса, м/с; Р- насыпная плотность семян проса, кг/м3; Dk - внутренний диаметр кожуха СВВА, м; S - шаг винтовой линии спирали, м; n - частота вращения спирали, с-1; Kv - коэффициент осевого отставания зерна проса от осевой скорости спирали v ,

К = v tv ; КГ - коэффициент наполнения

v zm zn' 1 т т —I

кожуха просом; К , - коэффициент, учитывающий наклон кожуха к горизонту.

Анализ уравнения (5) показывает, что подача семян проса имеет прямую зависимость от параметров S, n, r и квадратичную

от D..

k

С учетом результатов ранее выполненных исследований, относительно неболь-

шой подачи высевающего аппарата (дч » 880 г/ч), а также необходимости сведения к минимуму повреждения семян, примем следующие конструктивные параметры высевающего аппарата: ёТ = 20 мм; (1П = 26 мм; = 28 мм; 8 = 3 мм; Л' = Эмм (рис. 2).

Тогда зазор между кожухом и сердечником, необходимый для перемещения в нем семян,

Дт = фк -йт)/2 = 4 мм.

Такой зазор обеспечивает перемещение в нем семян проса в два слоя.

Соответственно зазор между внутренней поверхностью кожуха и наружным диаметром спирали

Дс = (Эк -dH) / 2 = (28 - 26)/2 = 1 мм.

С учетом коэффициента динамического уплотнения семян проса (Кд = 1,08) и значительной разницы в значениях эквивалентного диаметра семян, количество рядов примем равным 3 (рисунок 3).

Если семена в СВВА расположены по окружности со средним диаметром d , то

ср

ее длина

Ь„

7id„ = 3,14 • 23 = 72 мм.

ср

Следовательно, в одном ряду по диаметру ё будет находиться

Ы= Ь /ё = 72/1,98 ~ 36 семян.

с с эк 7

Тогда общее количество семян, высеянных СВВА за один оборот спирали,

(7)

(8)

N„ = N N = 36x5 = 180 шт.

cS c p

Масса 180 штук семян Е=Щ^І\000180/7/10001,26г, где §„- натура семян проса, г.

При норме высева семян одним аппаратом gч = 14,66 г/мин частота вращения спирали

пс =<7ч^об= 14,66/1,26= 11,5 мин-1. (9)

При монтаже предлагаемого высевающего аппарата на зерновых сеялках типа СЗУ и СЗП необходимо обеспечить привод спирали во вращательное движение от опорных колес с диаметром йс = 1,2 м.

При скорости движения посевного агрегата V = 7,2 км/ч частота вращения опор-

ного колеса сеялки

nk = v/60л-/). = 7200/ 60• 3,14• 1,2 = 44,бмин'1, (10) тогда передаточное отношение /=nk/nc = 44,5 / 11,5 = 3,87. (11)

Анализ уравнения (5) и результаты исследования [1] показывают, что подача СВВА семян W имеет прямую зависимость от частоты вращения спирали n, и соответственно при любой скорости движения посевного агрегата норма высева семян не изменяется.

С учетом угла укладки в частиц сыпучих материалов [3] получим:

h = d() cosР = d3K cos P = 1,39мм; (12)

где h - высота призмы укладки частиц, мм; d0 = d3KB - эквивалентный диаметр семян проса; b - угол наклона частиц, град, b = 45°.

С учетом угла укладки частиц в зазоре Dt = 4 мм разместится Dt / h = 2,88 слоя семян проса.

Определенные выше конструктивные параметры спирально-винтового высева-

ющего аппарата обеспечивают заданную норму высева мелкосеменных культур. При этом травмирование семян не превышает 2,5% вследствие круглой формы поперечного сечения проволоки спирали. Основные результаты расчетов подтверждены результатами проведенных экспериментальных исследований.

Библиографический список

1. Воронина М.В. Показатели работы высевающего аппарата для мелкосеменных культур // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2009. - № 7, с. 8 - 9.

2. Рычков В.А., Кулагин В.М. К расчету производительности комбинированного спирально-шнекового дозатора // Техника в сельском хозяйстве. - 2010. - № 4, с. 10 - 12.

3. Несмеян А.Ю., Хижняк В.И., Шаповалов Д.Е. Определение угла укладки частиц сыпучих материалов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2010. - № 7, с. 19-20.

УДК 631.358.44

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ АКТИВНОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА ПЛУГА-КАРТОФЕЛЕКОПАТЕЛЯ

Граков Фёдор Николаеву инженер

ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия»

454080, г.Челябинск, проспект Ленина, д.75.

Тел: 8(351)2666574, e-mail: gfn@74.ru

Ключевые слова: картофель, ротор, плуг-картофелекопатель, параметры, показатели выкапывания

Выполнены теоретические исследования и расчеты по определению оптимальных конструктивных параметров (количество лопаток ротора, угол их наклона и установки) активного рабочего органа плуга-картофелекопателя с целью улучшения качественных (травмирование, потери) показателей выкапывания клубней картофеля.

С переходом России на рыночную экономику широкое распространение получили фермерские хозяйства, которые взяли на себя значительную часть производства продукции сельского хозяйства, в том числе и картофеля [1]. При этом площадь половины

фермерских хозяйств составляет не более 20 га. Выращивание картофеля на малых площадях имеет ряд особенностей, одна из которых - нецелесообразность использования при уборке современных высокопроизводительных картофелеуборочных