CC BY
14
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК:631.331.53
Параметры зерновой дисковой сеялки, влияющие на удельные затраты энергии
Е.В. Припоров, канд. техн. наук; А.А. Титученко, канд. техн. наук;
Г.Е. Самурганов, магистрант
ФГБОУ ВО Кубанский ГАУ
Цель работы - провести анализ конструктивных и технологических параметров зерновой сеялки, влияющих на удельные затраты энергии для посева по традиционной технологии, от величины которых зависят затраты энергии на технологический процесс в целом. В сравнительном аспекте рассмотрены технические характеристики отечественных зерновых сеялок, оснащённых устройствами для изменения нормы высева, глубины заделки семян, для транспортирования по дорогам общего пользования и рядом других, что позволяет выполнять настроечные операции за доли минуты из кабины трактора. Тяговое сопротивление посевного агрегата из рациональной формулы В.П. Горячкина включает такие составляющие, как тяговое сопротивление на перекатывание сеялки и тяговое сопротивление на технологический процесс посева. Проведён анализ влияния глубины заделки семян, общей вместимости бункера, конструктивного веса сеялки, числа сошников на удельные затраты энергии. По результатам анализа выявлено, что увеличение глубины заделки семян и конструктивного веса сеялки сопровождается повышением удельных затрат энергии на выполнение посева. Обосновано снижение удельных затрат энергии на выполнение посева от увеличения числа дисковых сошников. Показано, что минимальные затраты энергии на технологический процесс имеет посевной агрегат с зерновой сеялкой СЗМ-3,6.
Ключевые слова: зерновая сеялка, двухдисковый сошник, конструктивный вес, тяговое сопротивление, удельные затраты энергии.
Предложено техническое решение повышения тягово-сцепных свойств трактора за счёт использования дополнительного колеса с выдвижными грунтозацепами [1]. Конструкция центробежного аппарата с подачей материала вдоль лопаток обладает технической новизной и позволяет повысить равномерность поверхностного распределения минеральных удобрений [2 - 5]. Установлено, что при формировании комплекса машин для подкормки посевов возникают сложности с их выбором [6].
Материал и методы исследования. Посев зерновых выполняют сеялки, оснащённые двухдисковыми сошниками с шириной междурядья 0,15 м. Качество подготовки почвы к посеву должно соответствовать требованиям ГОСТа. Отечественные производители сеялок оснащают их механизмами и устройствами, позволяющими снизить трудоёмкость подготовки их к работе. Все сеялки оснащаются следующими устройствами и механизмами:
- установка вариатора на вал катушечного высевающего аппарата для семян и на вал высева удобрений. Вариаторы позволяют бесступенчато регулировать норму высева семян от 2 до 350 кг/га и туков от 50 до 210 кг/га;
- каждый маркер оснащён гидроцилиндром, что обеспечивает лёгкость перевода из транспортного положения в рабочее из кабины трактора;
- сошниковые группы сеялки оборудованы пружинно-гидравлическим механизмом, позволяющим изменять глубину заделки семян из кабины трактора в интервале от 10 до 100 мм с шагом 1 мм;
- дисковые сошники смещены друг относительно друга на 6,5 мм, что обеспечивает
возможность разрезания толстых растительных остатков и почвенных комков и сохранять необходимую глубину заделки семян;
- вместимость бункера для семян и удобрений обеспечивает продолжительную работу зерновой сеялки. Зерновые сеялки с шириной захвата до 6,0 м оснащены общим объёмом бункера до 2,0 м3, а у сеялки с шириной захвата 9,0 марки ЗС-9 объем равен 2,8 м3. Соотношение между вместимостью бункера для семян и вместимостью бункера для туков соответственно 70 и 30 %.
Все эти новшества позволяют снизить затраты труда на подготовку сеялки к работе, что способствует повышению производительности агрегата. При комплектовании агрегата важно, чтобы сеялка имела параметры, обеспечивающие энергосберегающий режим его движения.
Цель работы - провести анализ конструктивных и технологических параметров зерновой сеялки, влияющих на удельные затраты энергии для посева по традиционной технологии.
Результаты исследования. Рациональная формула В.П. Горячкина для плуга включает следующие составляющие:
- сила тяги на перекатывание конструктивной массы плуга;
- сила, обеспечивающая подрезание пласта и его движение по отвалу;
- сила на придание пласту кинетической энергии в момент его схода с отвала.
Применительно к посевному агрегату эта формула будет включать первые два слагаемые, третья составляющая незначительна и будет отсутствовать. Для посевного агрегата тяговое сопротивление по В.П. Горячкину будет иметь вид [7]:
R = Две + qVрX) + кЬпК (1)
где Я - тяговое сопротивление, кН;
f - коэффициент сопротивления на перекатывание;
q - ускорение свободного падения, м/с2; (с - конструктивный вес сеялки (сухой), кН; V- суммарный объём бункеров сеялки, м3; р - объёмная масса семян, т/м3; X - коэффициент заполнения объёма бункера; k - удельное тяговое сопротивление почвы (сошника), кН/м2;
Ь - ширина междурядья сеялки, м; п - число сошников; h - глубина заделки семян, м. Мощность на перемещение посевного агрегата определяется по известной формуле [8]:
N=37. (2)
3,6
С учётом выражения (1) потребная мощность двигателя трактора составит:
^р ( + qVрq^) + кЬпкУр
N = -
3,6
(3)
где N - потребная мощность двигателя, кВт.
Сравнительная оценка различных вариантов посевных агрегатов проводится по величине удельных затрат энергии. Агрегат, имеющий минимальное значение этого показателя, будет обеспечивать энергосберегающий режим движения. Величина удельных затрат энергии определяется по известной формуле [8]:
Эе = N,
е Ж'
(4)
где Эс - удельные затраты энергии на посев, кВт-ч/га;
Ж - часовая производительность агрегата, га/ч.
Известно, что рабочая ширина захвата пропорциональна числу сошников и ширине междурядья. Часовая производительность посевного агрегата составит:
Ж = 0ЛЬпурт.
Удельные затраты энергии на работу сеялки с учётом выражений (3) и (4) определяются по выражению:
Э = ((е + qV рqx) + (5)
е 0,36Ьп ' ( )
Из представленного выражения следует, что на величину удельных затрат энергии зерновой сеялки влияют не только конструктивные параметры, но и технологические - ширина междурядья сеялки, глубина заделки семян.
На рисунке 1 показана зависимость удельных затрат энергии от числа дисковых сошников. При построении графика приняты следующие исходные данные: объём бункера -1,4 м3, объёмная масса семян - 0,78 т/м3, глубина заделки семян 0,05 м, конструктивный вес сеялки - 22,6 кН, коэффициент сопротивления качению - 0,18, коэффициент заполнения бункера - 0,95.
Из рисунка следует, что увеличение числа сошников сопровождается снижением удельных затрат энергии на выполнение посева. Причина в том, что интенсивность нарастания производительности агрегата с увеличением рабочей ширины захвата выше, чем увеличение потребной мощности двигателя трактора на перемещение агрегата.
На рисунке 2 представлена зависимость удельных затрат энергии от глубины заделки семян.
За исходные данные при построении графика были приняты: объём бункера - 1,40 м3, коэффициент заполнения бункера - 0,95, ширина междурядья - 0,15 м, количество сошников - 40, конструктивный вес сеялки - 22,6 кН, коэффициент сопротивления качению - 0,18. Рисунок показывает, что увеличение глубины заделки семян приводит к росту тягового сопротивления агрегата, и пропорционально возрастают удельные затраты энергии на технологический процесс.
На рисунке 3 представлена зависимость удельных затрат энергии от конструктивного веса сеялки.
Рис. 1 - Зависимость удельных затрат энергии от количества сошников
Глубина высева,
Рис. 2 - Зависимость удельных затрат энергии от глубины высева семян
ИЗВЕСТИЯ ОРЕНБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО АГРАРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
2020 • № 2 (82)
При построении графика были приняты следующие исходные данные: объём бункера - 1,40 м3; коэффициент заполнения бункера - 0,95; ширина междурядья - 0,15 м; количество сошников - 40; коэффициент сопротивления качению - 0,18; глубина заделки семян - 0,05 м. На графике показано, что с увеличением конструктивного веса сеялки увеличивается потребность мощности на перекатывание посевного агрегата, что и будет вызывать рост удельных затрат энергии на технологический процесс.
На рисунке 4 представлена зависимость удельных затрат энергии от общей вместимости бункера зерновой сеялки.
К построению зависимости были приняты исходные данные: конструктивный вес сеялки - 22,6 кН; коэффициент сопротивления на перекатывание - 0,18; объемная масса семян -0,78т/м3; число сошников - 40; глубина заделки семян - 0,05 м.
Из рисунка 4 следует, что увеличение общей вместимости бункера приведёт к увеличению мощности на перекатывание загруженной сеялки, что скажется на росте удельных затрат энергии.
Сравнительные параметры дисковых зерновых сеялок представлены в таблице 1.
Самые большие удельные затраты энергии обеспечивает сеялка СУБМ -3,6 в составе агрегата. Сеялка имеет наибольшую конструктивную
массу для сеялок с рабочей шириной захвата 3,6 м. Общая вместимость бункера сеялки -набольшая для сеялок с этой рабочей шириной захвата. В составе агрегата резко возрастают затраты мощности на перекатывание сеялки при незначительной производительности.
Сеялка СЗМ-3,6 имеет удельные затраты энергии на технологический процесс, равные 5,65 кВт-ч/га. Особенность этой сеялки в том, что она имеет наименьший в своём классе вес и сравнительно небольшой общий объём бункера. В составе посевного агрегата удельные затраты энергии будут наименьшими из-за сравнительно малой потребной мощности на перекатывание груженой сеялки.
Сеялки марки ЗС-4,2, марки СЗУ-6, марки ЗС-6 и марки ЗС-9 имеют большой конструктивный вес и сравнительно большую общую вместимость бункера. В составе посевного агрегата сеялка будет обеспечивать потребную мощность двигателя трактора, пропорциональную его производительности. Величина удельных затрат энергии этих сеялок в составе агрегата независимо от рабочей ширины захвата находится в интервале от 7,15 до 7,54 кВт-ч/га.
Выводы
1. Снижение удельных затрат энергии на технологический процесс достигается за счёт увеличение числа сошников и рабочей ширины захвата посевного агрегата;
Рис. 3 - Зависимость удельных затрат энергии от конструктивного веса сеялки
I
s 6,00
X
£
S" 5,50
ь=а 1кПа
к=1 5 кПа
1Д 1,6 2
Объем бункера сеялки, куб. м
Рис. 4 - Зависимость удельных затрат энергии от общей вместимости бункера сеялки
1. Некоторые параметры зерновых сеялок по традиционной технологии посева
с шириной междурядья 0,15 м
Марка Рабочая ширина Число Масса сеялки Суммарный объ- Удельные затраты энер-
сеялки захвата, м рядов конструктивная, кг ём бункера, м3 гии на посев, кВт-ч/га
СУБМ-3,6 3,6 24 1950 2,9 8,47
СЗМ-3,6 3,6 24 1300 1,04 5,65
ЗС-4,2 4,2 28 2700 1,75 7,54
СЗ-5,4 5,4 36 3135 1,49 6,70
Astra
Harvest 5400-06 5,4 36 3140 1,6 6,78
СЗУ-6 6,0 40 3300 2,9 7,32
ЗС-6 6,0 40 4100 2,0 7,43
ЗС-9 9,0 60 5800 2,8 7,15
2. Увеличение глубины заделки семян, увеличение конструктивной массы сеялки, увеличение удельного тягового сопротивления почвы и увеличение общей вместимости зерновой сеялки сопровождается пропорциональным ростом удельных затрат энергии на технологический процесс;
3. Конструктивный вес сеялки, рабочая ширина захвата, общая вместимость бункера должны обеспечивать более интенсивный рост производительности агрегата по сравнению с увеличением потребной мощности двигателя.
Литература
1. Пат. на изобретение RU № 2618357 Ведущее колесо транспортного средства / Ю.И. Якимов, Е.В. Припоров, Н.И. Богатырев; заявл. № 2016112812; приор. от 04.04 2016.
2. Пат. на изобретение RU 2177216. Устройство для поверхностного рассева минеральных удобрений и других сыпучих
материалов / Ю.И. Якимов, В.П. Иванов, Е.В. Припоров, В.П. Заярский, Г.И. Волков, О.Б. Селивановский; заявл. 14.03.2000.
3. Припоров Е.В. Центробежный аппарат с подачей материала вдоль лопаток // Инновации в сельском хозяйстве. 2016. № 3 (18). С. 243 - 247.
4. Пат. на изобретение RU № 2177217. Центробежный рабочий орган для рассева сыпучего материала / Ю.И. Якимов, Е.В. Припоров, В.П. Иванов, В.П. Заярский, Г.И. Волков, О.Б. Селивановский. Заявка № 2000106406/13 от 14.03. 2000.
5. Пат. на изобретение RU 2197807. Центробежный разбрасыватель сыпучих материалов / Ю.И. Якимов, Е.В. Припоров, В.П. Заярский, Г.И. Волков, О.Б. Селивановский. Заявка № 2000106406/13 от 14.03.2000.
6. Припоров Е.В. Технологическая колея и проблемы её создания // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2017. № 2 (64). С. 82 - 84.
7. Капустин А.Н. Основы теории и расчёт машин для основной и поверхностной обработки почвы, посевных машин и машин для внесения удобрений. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. 136 с.
8. Зангиев А.А., Шпилько А.В., Левин А.Г. Эксплуатация машинно-тракторного парка. М.: КолосС, 2008. 128 с.
Припоров Евгений Владимирович, кандидат технических наук, доцент Титученко Алексей Анатольевич, кандидат технических наук, доцент Самурганов Гавриил Евгеньевич, магистрант
ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина» Россия, 350044, Краснодарский край, г. Краснодар, ул. Калинина, 13 Е-mail: epriporov@bk.ru; titalan@yandex.ru; samurganoff.gavriil@yandex.ru
Parameters of a grain disk seeder affecting the specific energy consumption
Priporov Evgeny Vladimirovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor Tituchenko Alexey Anatolievich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor Samurganov Gavriil Evgenievich, Masters degree student Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilina 13 Kalinina St., Krasnodar, 350044, Russia
E-mail: epriporov@bk.ru; titalan@yandex.ru; samurganoff.gavriil@yandex.ru
The purpose of this work is to analyze the design and technological parameters of a grain seeder that affect the specific energy consumption for sowing using traditional technology. It is established that energy costs depend on the value of specific energy costs for the technological process. The analysis of produced domestic grain seeders is performed. It is proved that agricultural producers of seed drills equip them with devices for changing the seeding rate, the depth of seed placement, a device for transportation on public roads, and a number of others. All of them allow you to perform tuning operations in a fraction of a minute from the tractor cab. It is established that the traction resistance of the sowing unit from. The rational formula of V. P. Goryachkin includes components - the traction resistance for rolling the seeder and the traction resistance for the technological process of sowing. It is proved that the specific energy consumption for the technological process of sowing is influenced by the technological and design parameters of the seeder. The analysis of the influence of the depth of seed placement, the total capacity of the hopper, the design weight of the seeder, the number of coulters on the specific energy costs. It was found that an increase in the depth of seed place-ment, an increase in the design weight of the seeder is accompanied by an increase in the specific energy costs for seeding. It is proved that an increase in the number of disc coulters leads to a decrease in the specific energy consumption for seeding. The analysis of produced seeders by the value of specific energy costs is performed. It is established that the minimum energy consumption for the technological process has a sowing unit with a grain seeder SZM-3.6. It is established that the design weight of the seeder, the total volume of the hopper and the working width of the seeding unit should contribute to a more intensive increase in productivity compared to an increase in the required capacity.
Key words: grain seeder, two-disc Coulter, number of dis-coves, structural weight, traction resistance, specific energy costs, minimum, maximum.
DOI 10.37670/2073-0853-2020-82-2-124-127
-♦-
