Определение допустимой скорости взаимодействия семени с дном борозды Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК 631.331

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСТИМОЙ СКОРОСТИ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СЕМЕНИ С ДНОМ БОРОЗДЫ

А.Н. Цепляев, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Е.Т. Русяева, инженер

ФГОУ ВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия

В данной статье представлено теоретическое определение допустимой скорости взаимодействия проращенного семени с дном борозды.

Ключевые слова: пневматический семяпровод, прорагценные семена, скорость удара семени.

При работе пневматического семяпровода [3, 4] для подачи семени на дно борозды, образованной сошником, необходимо учитывать условие, исключающее повреждение ростка семени при его контакте с почвой.

С целью изучения этого явления, а так же определения допустимого воздействия почвы на росток представим общую схему перемещения семени по пневматическому семяпроводу.

На семя, взаимодействующее с почвой, действуют следующие силы: - сила тяжести семени; Рв - сила от действия воздуха; I',, - сила

удара семени о почву; Т7,,, - сила трения семени о стенку семяпровода; Ыт -нормальная сила, которая возникает от действия турбулентного воздушного потока. Выразим каждую силу отдельно через ее составляющие.

Рисунок 1 - Схема взаимодействия ростка семени с дном посевной бороздки

Сила, действующая за счет направленного воздушного потока:

FB =

mgu ‘

и

(1)

кр

где: т - масса семени; g - ускорение свободного падения; и - относительная скорость воздуха; ькр - скорость витания семени.

Известно, что семя к стенке семяпровода прижимается за счет боковой силы от действия воздушного потока [2].

По форме семена пропашных культур чаще представляют собой эллипсоид.

Поэтому для эллипсоида сила от действия воздушного потока в нормальном направлении (перпендикулярном оси пневмопровода) будет записана:

NT = — жег, т 21 '

Гг7

vr ' п

(

и„

1

V

-и

(2)

где: р- плотность семени; г„- приведенный радиус семени, определенный по формуле: Тп = VClbc ; (а, Ь, с) - параметры эллипсоида; vmax - максимальная скорость воздушного

потока, действующая по оси трубопровода; RT - радиус пневмопровода; и - относительная скорость воздуха в пневмопроводе.

Для определения допустимых скоростей соударения упругих элементов с семенами воспользуемся формулой В.П. Горячкина для уравнения связанного колебательного движения:

и=а

(3)

где: - допустимое напряжение материала (ростка); Е - модуль упругости материала;

у - удельный вес; g - ускорение свободного падения.

Исходя из формулы (2), сила, действующая перпендикулярно пневмопроводу, для любого семени, близкого по форме к телу вращения может быть записана:

NT = Ятжрг1

и„

f?dlrd2 “Г ' П

и„

-и

(4)

где: Лг - коэффициент, учитывающий форму тела вращения; кр Гп = П1С - масса

семени; с1ь с12, с!3 - числовые коэффициенты, характеризующие форму и соотношение приведенного радиуса семени и радиуса пневмопровода.

Учитывая все представленные обозначения, а так же то, что сила трения, обозначенная на схеме Рт = N ■ /т, где /т - коэффициент трения семени о стенку пневмопровода, запишем:

FT =

Лттс

о„

R1rc

“г ' п

и„

-и

■Л-

(5)

В полученном выражении скорость воздушного потока ьтах, действующая в середине пневмопровода существенно не отличается от скорости потока проходящего вдоль стенки пневмопровода, так как

отношение —^<0,3 Г11. В связи с этим и„

Г) п

Г \Лъ Г.

= ив. Кроме этого,

учитывая отмеченное ранее для упрощения зависимости, в праве с

некоторым приближением записать:

= ЯС, то есть сила трения

Рт на всей длине пневмопровода будет одинаковой и равна:

рт =

*ттс-^-(ив ~п)

■Л-

(6)

Движение частицы вверх в вертикальном пневмопроводе описывается уравнением:

с1и „ р(и - и)2 т- = сА—------------------тк,

где: сх - постоянная величина; V - средняя скорость воздушного потока; и -относительная скорость движения семени.

Однако при решении задачи, представленной в виде перемещения семени вниз по пневмопроводу и встречи с дном бороздки уравнение примет иной вид:

с1и теи

т — = —-----------------1- mg

Ж

ЯТт-^-(и„ - и) Т V в '

/г .

Сократив полученное выражение на «да», получим:

и

du = \g^Г + g-

V

кр

/г \-dt-

(7)

(8)

Известно, что -г- = Кп, где: Кп - коэффициент парусности.

и,

Тогда:

кр

2 ,, Ов-иЛ'

(9)

В левой части полученного уравнения изменение скорости ёи -это по существу изменение абсолютной скорости удара, то есть ёи=ёьа, следовательно, уравнение можно будет переписать в виде:

и„ ■и

К

Возьмем интеграл от полученного выражения (10):

2

~Кпи2 + + + =0,

КС КС

(10)

(П)

где: С! - свободная постоянная.

Время t определяется исходя из прямолинейной длины пневмопровода, по которому перемещается проросшее семя, а также длины проросшего ростка.

***** ютспт*****

№ 2 (22) 2011

Отсюда, учитывая зависимость (3) определится время t. Оно будет равно:

(12)

где: Ьп - длина прямого участка пневмопровода; 1Р - длина ростка. Для упрощения записи выражения (11)

обозначим:

& =а -0, где в - некоторая постоянная величина.

Е-у 8

Отсюда уравнение будет представлено:

и-Кп-и2Ьп 1р

(У „в

Я

К 1р , г 1 °В 'и 1р

I / гр /1*7^

ств 1 1 Яг а О

+ сх= 0-(13)

Судя по полученному уравнению при взаимодействии ростка семени с почвой никаких иных скоростей на семя, кроме представленных, не действует. К тому же время в начальный момент равно «О». Отсюда постоянная величина С1=0.

Полученное уравнение (13) является неоднородным и для его упрощения обратимся к исследованиям по изучению вертикальных воздушных каналов, которые отмечают, что в вертикальных каналах пневмопроводов скорость воздушного потока связана с относительной скоростью семян некоторой зависимостью: и=цюв, где: щ -

коэффициент, учитывающий отношение площади миделевого сечения семени к площади поперечного сечения канала.

Для наиболее распространенных конструкций семяпроводов величина //=0,4...0,8. Следовательно, его среднее значение будет равно:

Цс=0,6.

Учитывая это обстоятельство уравнение (13) запишем в виде:

^ -КпЛ2о2вЬп 1р су „в

§(Ьп ) , /• 1 °В

■ -т JTЛT

су „в

Яг

,г+/71ги'

су „в

Яп

~ °*в .(14)

Из полученного выражения (14) определим допустимую скорость воздушного потока. Она будет равна:

=

-

су „в

/1у 2 /т'^т 7\^„ 1р

члл// г, г, )

я

Яг

су „0

***** зткслгт*****

№ 2 (22) 2011

Упростим выражение и представим его в виде:

2

(16)

Rc Rc J oge

Поскольку ранее отмечалось, что скорость, с которой семя ростком ударяется о почву это не что иное, как г>а, то есть юа = 1>„, то в окончательном виде запишем:

Полученная аналитическая зависимость по нахождению скорости воздушного потока (17) позволяет определить

конструкторские и кинематические параметры пневматического семяпровода, а также допустимую скорость при взаимодействии семени с дном борозды.

1. Зуев, Ф.Г. Пневматическое транспортирование на зерноперерабатывающих предприятиях[Текст]/ Ф.Г. Зуев. - М.: Колос, 1976. - 344 с.

2. Ульянов, А.Ф. К вопросу бессошниковой заделки семян в почву[Текст]/ А.Ф. Ульянов, С.А. Ивженко // Земледельческая механика: Сборник трудов /Под ред. академика В.А. Желиговского. - Машиностроение, 1968. - Том 10.

3. Цепляев, А.Н. Исследование работы модернизированного сошника для высева проращенных семян бахчевых культур [Текст]/ А.Н. Цепляев, Е.Т. РусяеваII Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2009. - №4 (16). - С. 83-88.

4. Цепляев, А.Н. Оптимизация конструктивных параметров пневматического сошника для посева проращенных семян бахчевых культур [Текст]/ А.Н. Цепляев, Е.Т. Русяева, В.А. Цепляев// Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. -2010. - № 3 (19). - С. 183-187.

2

(17)

Кп'П Rc їт^т

Библиографический список

E-mail: etrusyaeva@yandex.ru