CC BY
27УДК 631.331.02.01
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА
В.В. Голубев, А.С. Фирсов, А.К. Марков ФГБОУ ВПО «Тверская ГСХА»
Аннотация. Проведённые патентные исследования позволили разработать конструкцию высевающего аппарата. На основании анализа теоретических предпосылок обоснованы основные параметры высевающего аппарата. Рекогносцировочные исследования разработанной и изготовленной конструкции показали положительные результаты, в сравнении с серийными высевающими аппаратами.
Ключевые слова: патентный поиск; высевающий аппарат; теоретическое обоснование; семена мелкосеменных культур; минеральные удобрения; результаты эксперимента.
Введение. В современных условиях функционирования сельскохозяйственного производства и в рыночных экономически нестабильной ситуации, вопросы, раскрывающие сущность технологических вопросов возделывания мелкосеменных культур являются особенно актуальными. В частности, для повышения почвенного плодородия в современных системах земледелия, разработка технологических и технических систем, наиболее полно отвечающих установленным агротехническим требованиям, с учётом условий функционирования рассматриваемой технической системы и возделываемых мелкосеменных культур, является первоочередной задачей.
Целью проводимой работы являются исследования процесса передвижения материала в высевающем аппарате и подбор оптимальных режимов работы высевающего аппарата для наиболее эффективной его работы.
В комплексе технологических операций по возделыванию мелкосеменных культур, наиболее ответственными в начальный период является качественное выполнение следующих технологических операций - предпосевной обработки почвы, внесению минеральных удобрений, посеву с одновременной заделкой высеваемого материала.
Применяемая в настоящее время технология возделывания льна -долгунца на этапах основной и предпосевной обработки почвы, внесения минеральных удобрений и посева льна - долгунца излишне
многооперационная, имеет большие затраты труда, материальных ресурсов, вызывает излишнее разрушение строения почвенного горизонта.
Существующие технические средства для внесения минеральных удобрений и посева семян льна - долгунца не в полной мере удовлетворяют исходным требованиям по качеству выполнения технологических процессов по глубине заделки, площади питания растений. Кроме этого, имеющийся комплект оборудования не позволяет осуществлять локальное внесение минеральных удобрений в рядки отдельно от семян и глубже их. Совместное же внесение гранул удобрений и семян в рядки при посеве приводит к снижению количества и дружности всходов растений, а следовательно и к снижению урожая и качества выходной льнопродукции.
Катушечные высевающие аппараты разных модификаций непригодны для высева льна - долгунца и ярового рапса по установленной агротребованиями норме (6.. .12 кг/га). Для обеспечения посева по установленной норме высева семена перед посевом смешивают с дополнительным балластом (песком, опилками, гранулированными суперфосфатами и др.), что приводит к увеличению трудоёмкости процесса и к дополнительным затратам материально - технических средств [1]. Высевающий аппарат является одним из основных адаптеров при технологической операции посева льна - долгунца, позволяющий влиять на систему «Урожай = скорость + точность» [2].
Однако, высевающий аппарат на существующих сеялках не в полной мере удовлетворяет требованиям по равномерности распределения семян льна - долгунца в рядке и не позволяет качественно высевать мелкосеменные культуры, такие как яровой рапс, клевер, посевы которых с каждым годом в условиях Нечерноземной зоны России увеличиваются. В последнее время в ФГБОУ ВПО «Тверская ГСХА» совместно ФГБНУ «ВНИИМЛ», создано оборудование для локального внесения минеральных удобрений между рядками высеваемых семян к вновь создаваемому блочно - модульному адаптеру для обработки почвы.
Основная часть. В связи с вышеизложенным, возникает необходимость в разработке универсальной высевающей системы для возделывания мелкосеменных культур. При выполнении работ по обоснованию универсальной высевающей системы был проведён патентный поиск ретроспективой 15 лет по классам «А01С15/08» и «А01С17/00». На основе выполненного патентного поиска разработан высевающий аппарат, защищённый патентом РФ № 110589.
Технологический расчёт высевающего аппарата сводится к определению конструктивных параметров корпуса, высевающего диска и режимов его работы - частоты вращения.
Производительность высевающего аппарата «иО» за один оборот высевающего диска определяется из выражения (1).
и = ж-рр • (23 ■а 0 1000-г-(1 -е) -1 (1)
где DР - диаметр приводной бороны, см ; QЗ - норма высева семян заданная, кг/га; а - ширина междурядий, см;
У - плотность семян льна - долгунца (800.1150 кг/м3 [2, с. 57]) е - коэффициент скольжения; 1 - передаточное отношение привода.
При выполнении расчётов имеется ввиду, что передаточное отношение <а» ограничено линейной скоростью высевающего диска «УД», отнесённого к его диаметру «В».
Для льняного высевающего аппарата будет приемлемо выражение
(2).
= (0,12...0,16) (д (Д (2)
где УМ - скорость движения агрегата, км/ч.
Рабочий объём отверстий диска высевающего аппарата может быть определён также исходя из размеров высевных отверстий, геометрической формы их сечения и высевного канала по выражению (3).
и О = иотв. + и акт. (3)
где иотв. - объём семян, заполнивших отверстия;
иакт. - объём семян активного слоя.
Результаты, полученные по формулам (1) и (3) отличаются на 8,3%. Корректировка рабочего объёма высевающего диска может быть проведена путём уточнения размеров ячеек высевающего диска или изменением передаточного отношения привода. Равномерность истечения зерновой струи, подаваемой высевающим аппаратом, зависит в частности от параметров высевного отверстия, скорости вращения высевного диска и размеров высевного окна.
Рассмотрим условие выброса семян из ячейки в высевное окно, приняв условно единичное семя за материальную точку, имеющую массу «т», совпадающую с центром тяжести и поместив её в начало координат в точке «О» (рисунок 1).
Рисунок 1 - Схема взаимодействия высевающего диска с высеваемым материалом
Уравнение движения точки «т» можно записать в виде выражения
(4).
т '® = Е ри (4)
Проектируя обе части уравнения (4) на оси координат получаем уравнение движения точки «т» (5,6).
й2 X ' Ж2 Ж 2У
= 0
(5)
т— = т • Я
(6)
Интегрируя уравнения (5) и (6) движения частицы после ряда преобразований, получим формулу для определения диаметра окна корпуса высевающего аппарата (7).
ж = ^^
8 (7)
где 'УХ - скорость движения семени льна - долгунца при выпадении из ячейки;
Ь - высота падения семени льна - долгунца до соударения со стенкой окна;
g - ускорение свободного падения;
Агротехнические и эксплуатационно-технологические параметры определялись экспериментальным путём на специальной лабораторной
установке, позволяющей изменять режим его работы в широком диапазоне.
В лаборатории № 1 разработан, изготовлен и испытан в лабораторных условиях высевающий аппарат, который обеспечивает высокие показатели качества распределения семян по семепроводам, легко и быстро очищается от остатков семян и может служить в качестве основного при посеве мелкосеменных культур. Высевающий аппарат предназначен для внесения минеральных удобрений [3] и семян в почву при возделывании льна - долгунца и других мелкосеменных культур (рисунок 2).
а - вид спереди; б - вид сверху
1 - бункер; 2 - крышка бункера; 3 - патрубок для загрузки высеваемого материала; 4 - выталкивающие лопасти; 5 - тарелка; 6 -высевное окно; 7 - приводная ось; 8 - скребки; 9 - патрубки.
Рисунок 2 - Высевающий аппарат
Технологический процесс работы высевающего аппарата протекает следующим образом. Высеваемый материал загружается в бункер 1 через патрубок 3. Приводимая ось 7, с закреплённым на ней рабочим органом тарельчатого типа, начинает вращаться. Масса высеваемого материала, поступающая на рабочий орган - тарелку 5 и проходя через выталкивающие лопасти 4, выносится скребками 8. Отмечается, что выталкивающие лопасти 4 установлены для предотвращения попадания значительного потока высеваемого материала на высевающую тарелку 5. Скребки 8, выполненные в виде формы логарифмической спирали переносят высеваемый материал в патрубки 9, откуда распределяются равномерно на два потока.
На рисунке 3 показаны графическая зависимость нормы высева семян льна - долгунца от частоты вращения (п) высевающего диска аппарата с двенадцатью высевными окнами (1) и (2) - для четырёх подобных аппаратов, из расчёта проектирования 48-ми рядной сеялки для льна - долгунца.
1 - на один высевающий аппарат; 2 - на три высевающих аппарата Рисунок 3 - Зависимость нормы высева от частоты вращения диска Из рисунка видно, что норма высева изменялась прямо пропорционально частоте вращения высевающего диска в диапазоне от 3,2 до 35 мин-1. При дальнейшем увеличении частоты вращения диска норма высева снижалась.
На рисунке 4 показана зависимость повреждения (дробления) семян льна - долгунца в зависимости от режимов работы высевающего аппарата. Из графика следует, что повреждение семян возрастает с увеличением частоты вращения высевающего диска аппарата, но не превышает значений в диапазоне оптимальных норм высева, допускаемых исходными требованиями по данному показателю.
Рисунок 4 - Зависимость дробления семян льна - долгунца от частоты вращения высевного диска
Одним из основных показателей качества работы высевающего аппарата является неравномерность высева семян по семепроводам и неустойчивость общего высева. По результатам выполненного экспериментального исследования установлено, что неравномерность высева в диапазоне норм высева от 87 до 168 кг/га составила в среднем 2,4%, а неустойчивость общего высева - 0,4% при допускаемых значениях 4 и 3% соответственно.
Установлено также, что норма высева семян не оказывает существенного влияния на указанные параметры, а абсолютное значение находится в допускаемых пределах.
Выводы. Таким образом, проведено обоснование основных конструктивных и кинематических параметров комбинированного высевающего аппарата. Основные параметры комбинированного высевающего аппарата следующие: диаметр высевающего окна d = 20 мм; высота высевающего окна с = 11 мм; высота ячейки а = 4 мм; диаметр расположения высевающих окон на диске D = 290 мм.
При этом контролируемые значения параметров для качественного выполнения технологического процесса следующие:
- радиальный зазор между выступом высевающего аппарата и корпусом должен быть не менее 0,3 мм;
- торцевой зазор между рабочей дорожкой распределителя и корпуса должен быть 0,1.. .0,2 мм.
Выполнение представленных условий при проектировании высевающего аппарата обеспечит равномерное распределение семян по полю и выполнение заданной нормы высева культуры.
Список литературы
1. Фирсов, А.С. Анализ конструкций высевающих аппаратов для возделывания сельскохозяйственных культур [Текст] / А.С. Фирсов, В.В. Голубев // Вестник Оренбургского ГАУ. - 2013. - №4. - С. 85 - 88.
2. Новиков, Ю. Ф. Машины в системе человек - машина - земля [Текст] Ю.Ф. Новиков - М.: Машиностроение, 1976. 232 с.
3. Ковалёв, Н.Г. Сельскохозяйственные материалы (Виды, состав, свойства) [Текст] / Н.Г. Ковалёв, Г.А. Хайлис, М.М. Ковалёв. - М.: ИК «Родник», 1998. 208 с.
4. Сапожников, Н.А. Научные основы системы удобрений в Нечерноземной полосе [Текст] / Н.А. Сапожников, М.Ф. Корнилов. -Ленинград. - Колос, 1969. 304 с.
Голубев Вячеслав Викторович, кандидат технических наук, доцент, Россия, Тверь, Тверская ГСХА, slavasddg@mail.ru.
Фирсов Антон Сергеевич, старший преподаватель, Россия, Тверь, Тверская ГСХА, sevenrom777@yandex.ru.
Марков Андрей Константинович, студент, Россия, Тверь, Тверская ГСХА, sevenrom777@yandex.ru.
SUBSTANTIATION OF THE PARAMETERS OF THE SEED DISTRIBUTOR
Golybev V.V., FirsovA.S., MarkovA.K.
Abstract. Conducted patent research has allowed us to develop the design of the metering unit. Based on the analysis of theoretical assumptions substantiated the basic parameters of the metering unit. Reconnaissance studies are designed and manufactured structures showed positive results, in comparison with serial excluded units.
Keywords: patent search; seeding machine; theoretical basis; the seeds of small-seeded crops; fertilizers; the results of the experiment.
GolybevVyacheslavViktorovich, candidate of technical Sciences, associate Professor, Russia, Tver, Tverskaya SAA, slavasddg@mail.ru.
Firsov Anton Sergeevich, Russia, Tver, Tverskaya SAA, sevenrom 777@yandex.ru.
Markov Andrey Konstantinovich, Russia, Tver, Tverskaya SAA, sevenrom 777@yandex.ru.
