Обоснование параметров сеялки для разноглубинного посева семян пропашных культур Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 631.331: 635.61

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СЕЯЛКИ ДЛЯ РАЗНОГЛУБИННОГО ПОСЕВА СЕМЯН ПРОПАШНЫХ КУЛЬТУР

М.Н. Шапров, ИС. Мартынов

ФГОУ ВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия

Разработана сеялка для разноглубинного посева семян пропашных культур, которая позволяет получать устойчивые всходы при возделывании в условиях резко континентального климата, а также определены её основные параметры.

Одной из важнейших технологических операций при возделывании пропашных (преимущественно бахчевых) культур является посев. При выборе срока сева необходимо учитывать не только температуру почвы, но также и наличие влаги в почве, так как с нарастанием температуры происходит быстрое иссушение верхнего слоя почвы, что приводит к получению поздних и изреженных всходов. Несмотря на то, что быстрее всего семена тыквы прорастают при температуре 12-14 °С, дыни - 15-16 °С, арбуза - 16-17 °С, оптимальным сроком сева арбуза и дыни (с учетом поправки на влажность почвы) следует считать установление температуры почвы на глубине 10 см 12-14 °С, для тыквы - 9-10 °С.

Глубина заделки семян при посеве зависит от их размера, температуры, влажности и механического состава почвы. В реальных условиях трудно определить оптимальную глубину заделки семян (чем меньше глубина, тем выше температура, но меньше влажность, и наоборот - чем больше глубина, тем больше влажность, но ниже температура) и обеспечить максимальную полевую всхожесть. Поэтому мы предлагаем осуществлять посев пунктирногнездовым способом, причем заделка в гнезде должна производиться на разную глубину. При таком способе семена располагаются в почве вытянутыми вдоль оси рядка гнездами длиной 0,25-0,35 м. Количество семян в гнезде - 3 штуки. Расстояние между гнездами - 1,2-1,8 м. Это позволяет обеспечить прореживание всходов и обеспечить необходимую площадь питания на одно растение, которое должно остаться в гнезде после проведения операций по уходу за посевами.

Поэтому нами был предложена сеялка для разноглубинного посева, за основу которой была взята сеялка СУПН-8 (рис. 1), секции которой были модернизированы. Такая секция включает корпус 1 с семенным ящиком 2, высевающий аппарат 3, вставку 4 с семянаправителем, дополнительный диск 5, сошник 6, загортач 7, прикатывающее колесо 8, шлейф 9; она соединена с рамой 10 посредством четырехзвенной шарнирно-рычажной системы 11.

Рис. 1. Схема сеялки для разноглубинного посева

Сошник (рис. 2) состоит из щек 1, 2, 3, 4, между которыми размещены наральники 5, 6, 7, причем левый и правый наральники 5, 6 расположены на разной высоте по сравнению с нижним срезом центрального наральника 7.

Высевающий аппарат также претерпел некоторые изменения. На одном валу с высевающим диском, который имеет три отверстия, установлен дополнительный диск 1 с копирующей дорожкой 2 (рис. 3).

Вставка, размещенная между высевающим аппаратом и сошником, состоит из корпуса 3, направляющих 4, по которым перемещается подпружиненный семянаправитель 5 с толкателем 6 (рис. 3).

а) б)

Рис. 3. Схема высева семян Посевная секция для разноглубинного посева работает следующим образом. При движении сеялки от опорно-приводного колеса через приводной механизм вращение передается на вал высевающего диска. Семена из семенного ящика 2 поступают в заборную камеру высевающего аппарата 3 (рис. 1). Здесь под воздействием вакуума семена присасываются к имеющимся трем отверстиям диска и переносятся к месту сброса. Поочередная подача семян в каждую из трех бороздок осуществляется за счет взаимодействия копирующей дорожки 2 с толкателем семянаправителя 6, которое начинается в тот момент, когда семя попадает из зоны разряжения в зону атмосферного давления, т.е. оно начинает падать в первый проем сошника (рис. 3, а).

Затем по мере вращения высевающего вала копирующая дорожка, воздействуя на толкатель семянаправителя, перемещает его в следующее положение. Происходит высев во второй проем (рис. 3, б). Аналогично происходит высев третьего семени (рис. 3, в).

При сходе толкателя с копирующей дорожки семянаправитель возвращается в исходное положение с помощью пружин.

При технологическом процессе семена распределяются вдоль рядка в раскрытую сошником борозду и располагаются в ней на некотором расстоянии друг от друга 1С. Причем высев производится пунктирногнездовым способом с длиной гнезда 1гн и величиной междугнездия Iмг.

О-———< •)— —< > ——— С

-4 г

ниД £ гм

Рис. 4. Схема расположения семян вдоль рядка

Длина гнезда 1гн и междугнездия 1мг, а также их суммарная длина 1общ

пропорциональны параметрам высевающего диска. Исходя из этого, можно записать:

1гп РгпП

Кбщ

(1)

где ргн =р1 + р2 - угол расположения ячеек на высевающем диске; п- число групп ячеек, находящихся на высевающем диске.

Поэтому угол Ргн будет равен:

= м_

г гн

КбщП

а также (2)

Ргн = ®К»,

где ю - угловая скорость высевающего диска; ^гм - время высева гнезда.

Учитывая уравнения (2), определим угловую скорость высевающего диска:

2 я"/,,,

со =

или (3)

2 ж1

со =

п1 ,

общ е

где 7 - промежуток времени между высевом первого и второго семян.

Так как привод высевающего аппарата осуществляется от опорных колес сеялки через многоступенчатые коробки перемены передач, то угловая скорость со высевающего диска (рис. 6) будет равна:

IV

со=(4)

Д

где г - передаточное отношение между оборотами колеса сеялки и высевающим аппаратом; - радиус расположения ячеек; Ум - скорость движения машины.

Учитывая уравнения (3) и (4), определим промежуток времени между высевом первого и второго семян:

2л/ К

* =---• (5)

IV п1 ,

м общ

Время между высевом первого и второго семян также будет равно:

/е=/2с+Д/, (6)

где t2c - высев семени во второй отсек сошника; At - время перемещения семянаправителя. После необходимых преобразований получим:

А (7,

'ГV Я

где Н3 = кс + АЬ - расстояние между ячейкой высевающего диска и сошником; И4 - высота сошника.

Учитывая уравнения (2) и (5), определим углы расположения ячеек на высевающем диске:

Д=^; р2 = 2жКн ~Ыс. (8)

^ общ общП

Для разноглубинной заделки семян бахчевых культур используется сошник сеялки СУПН-8, имеющий ширину В, по бокам которого прикреплены ещё два сошника шириною В. Следовательно, его общая ширина

- ЗВ. Таким образом, ширину нижнего окна семянаправителя принимаем равной В, чтобы обеспечить попадание семени в нужный отсек сошника, а верхнего - ЗВ, чтобы перекрыть соседний отсек сошника, т.е. при таких параметрах он будет обеспечивать поочередный высев в каждый отсек сошника, исключая пропуски и двойное попадание в них. В начальный момент семянаправитель находится в крайнем левом положении. Оторвавшись от высевающего диска, семя движется по линии 001, проходящей через середину среднего отсека сошника, и ударяется о стенку семянаправителя в точке А (рис. 5, а). Считаем поверхность семянаправителя и семя абсолютно упругими.

Тогда угол отскока равен углу падения а (рис. 5), и семя после удара будет перемещаться по линии АС. Нам необходимо, чтобы точка С находилась не выше нижней кромки семянаправителя, что обеспечивает попадание семени после удара в сошник. В противном случае семя после отскока, ударяясь о противоположную стенку семянаправителя, находящегося в движении, может попасть в другой отсек сошника.

Это может быть достигнуто правильно выбранным углом /3 установки стенки семянаправителя.

. о

Рис. 5. Схема процесса высева семян:

1 - сошник; 2 - семянаправитель; 3 - высевающий диск

Исходя из вышесказанного, определим значения углов а и /? из прямоугольных треугольников АВБ и АСЮ (рис. 5):

о П В

р =----а ; а = аг—.

2 2 у

После необходимых преобразований получим:

а = аг^л/з ; /? = — - аг^43 •

(9)

(10)

Для обоснования синхронности работы высевающего диска и семянаправителя необходимо найти время, через которое семена должны укладываться в борозду с расстоянием / :

=

/

V,

(П)

м

Время высева включает время перемещения семян от высевающего аппарата до сошника в сошнике - до дна бороздки - 14 и время перемещения семянаправителя - Аі - из «а» в «б» (рис. 5):

^В — ^3+^4+ ^ ' (12)

Причем

t3 =tl+t2, (13)

где Г; - время движения семени до удара о стенку семянаправителя; ^ _ время движения семени после удара, (рис. 5, а, в), которые соответственно равны:

(14)

(15)

где h j = 0,5hc + Ah (рис. 5) - расстояние между ячейкой высевающего диска и точкой удара о

О.5/2 , т т

семянаправитель; h — —:—£_ (рис. 5) - длина отскока семени; Vли_ - скорость движения

2 /I г\ ОгпСК

Cosza

семени после удара о семянаправитель; g - ускорение свободного падения; Ah -конструктивный размер.

После преобразований находим:

?2=_оя—s (16)

V,.,,.С os 2а

{ = 2(АИ + 0,5В43) } 0,5Вл[з

3 \ 8 УопскСо*2а'

Уравнение (13), а следовательно, и (17), применимо к положениям семянаправителя, указанных на рис. 5, а, в.

Рассмотрим движение семени относительно семянаправителя. С достаточной точностью будем считать, что поверхности семени и семянаправителя идеально гладкие, т.е. силы трения отсутствуют. Пусть семя перед ударом о распределитель имело угловую скорость со 1, а центр масс С -

СКОРОСТЬ VI.

Реакция семянаправителя как идеально гладкой поверхности проходит по общей нормали п, проведенной к соприкасаемым поверхностям через точку соприкосновения тел. Импульс ударной силы 8, действующий на семя, будет направлен также по нормали.

Движение центра масс С семени описывается уравнением:

тУ1 - туг = гй, (18)

где т - масса семени; уь ~ скорость центра масс (точки С) до и после удара о

семянаправитель; Я - импульс ударной силы; п - единичный вектор, направленный по нормали.

Проведя необходимые преобразования, получим скорость центра масс семени после удара:

— — £ _

V = V .+ — п. (19)

отск 1 V '

т

На рис. 5, б показано положение семянаправителя, при котором семя минует удар о его стенку, поэтому

(20)

где Иъ = Ис + АИ (рис. 5) - расстояние между ячейкой высевающего диска и сошником.

Время движения семени в сошнике определим по формуле:

(21)

Я

Процесс высева семян происходит следующим образом. При движении посевного агрегата вращение от опорно-приводного колеса передается дополнительному и высевающему дискам. Следовательно, диски вращаются непрерывно. После того, как первое семя достигнет нижнего окна (рис. 5), а

высевающий диск провернется на угол /?3 (рис. 6), семянаправитель начнет

передвижение из крайнего левого положения в крайнее правое за счет взаимодействия толкателя и копирующей дорожки:

Ръ = 0*3. (22)

/

Рис. 6. Схема всевающего и дополнительного дисков (1 - высевающий; 2 - дополнительный)

При дальнейшем проворачивании диска на угол /?4 происходит смещение семянаправителя из положения «а» в «б» (рис. 5):

Д, = юД?.

(23)

Когда семянаправитель займет промежуточное положение между «а» и «б» (рис. 5), скорость которого

в этот момент произойдет падение второго семени.

Учитывая уравнения (17) и (20), уравнение (24) примет вид:

V =________ 155

в43

2 К

(24)

(25)

2^ +______________т _

V ё 2 ¥ошсКС™2а І ё

Расстояние между первой и второй ячейками высевающего диска определим по формуле:

2ж1 7?,

(26)

п1

общ

где - радиус расположения ячеек.

Время падения третьего семени:

0,5 В

К

(27)

При этом при проворачивании диска на угол /?5 происходит смещение семянаправителя из положения «б» в «в» (рис. 5):

/?5 = (о1ъ . (28)

И когда семянаправитель займет промежуточное положение между «б» и «в» (рис. 5), произойдет отрыв третьего семени от высевающего диска. Причем расстояние между ячейками будет равно:

2ж1 - 2ж1

(29)

Кш = R\

Кбщ П

Аналогично уравнению (26), определим рабочие длины копирующей дорожки:

0 5 В

/ = coR7At ; I = coR7 —----

Pi £ 7 и'у £

(30)

где R - радиус расположения копирующей дорожки.

Необходимо определить углы (рх и (р2 наклона копирующей дорожки. Ход семянаправителя должен быть равен 2В, т.е. семянаправитель в этом случае будет иметь возможность направлять семена в любой отсек сошника. Поэтому высота копирующей дорожки (рис. 7) равна:

К=2В.

h

Из выражения tgq\ = — находим угол наклона копирующей дорожки:

/

р і

К

ч>1 = arctg у-;

pi

аналогично

К

<Р2 = аГС^ — •

Рг

где / , I - проекции длин рабочей части дополнительного диска.

(31)

Для обеспечения условия перемещения почвы по поверхности щек сошника без сгруживания угол их установки (рис. 8) должен быть выбран с соблюдением условия скользящего резания почвы так, чтобы частица почвы М могла свободно перемещаться по поверхности вдоль щеки сошника.

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА

Р

Рис. 8. Силы, действующие на частицу

Условие скольжения частицы почвы (М) вдоль грани по линии АВ для угла Yj можно выразить, как Т > F. Так как Т = Pcos уь N = Psin уь F = Ntg ф, имеем: cos Yi > sin yi tg ф, или ctg yi >tg ф. Тогда tg(90-yi)>tg ф, или 90 - yi > ф. Отсюда: yi < 90 - ф, где ф - угол трения почвы о сталь.

Таким образом, для обеспечения скользящего перемещения почвы по поверхности щеки сошника максимальное значение угла установки направителя yi должно быть меньше 90 - ф; оно зависит от состояния и типа почвы. При условии yi > 90 - ф произойдет сгруживание почвы перед направителем.

Значение угла yi в процессе работы зависит от скорости движения агрегата VM. При этом абсолютная Va и относительная VCK скорости перемещения частицы почвы под действием направителя определяются из выражений:

Вследствие наличия трения между щекой сошника и почвой направление абсолютной скорости перемещения частицы почвы Уа отклоняется от вертикали на угол трения почвы о сталь (р\

Va = VM • sin уь VCK = V „ • cos уь

(32)

COS<£> COS<£>