CC BY
20
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 631.331
РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАБОТЫ СОШНИКА ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СЕЯЛКИ ДЛЯ ПОДПОЧВЕННО-РАЗБРОСНОГО ПОСЕВА
Н. И. Стружкин, доктор техн. наук, профессор; С. В. Козюков*, ведущий инженер
ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА», Т. (841-2) 628-517); *ЗАО «Пензагрореммаш», Т. (841-2) 68-17-87; 68-17-46)
В статье приведён анализ факторов, влияющих на качество распределения семян при подпочвенно-разбросном способе посева. Описана конструкция экспериментального сошника. Проведён многофакторный эксперимент для обоснования оптимальных значений конструктивно-режимных параметров сошника пневматической сеялки для подпоч-венно-разбросного посева.
Ключевые слова: лаповый сошник, режимы, фактор, многофакторный эксперимент, распределение семян, установка.
Оснащение зерновых сеялок и почво-обрабатывающе-посевных агрегатов тем или иным типом сошников обуславливается рядом факторов: типом и состоянием почв; культурой их обработки; требованиями к глубине заделки; сложившимися традициями производства и эксплуатации в различных странах [6].
Актуальной проблемой является разработка конструкции сошника для подпоч-венно-разбросного посева, применяемого в комбинированных агрегатах специального назначения. При проектировании рабочих органов сельскохозяйственных машин уделяется особое внимание их конструктивным и режимным показателям, поскольку они в основном определяют эффективность работы машин в целом.
Однако основным недостатком современных конструкций сошников является их малая ширина захвата и неустойчивая работа распределительного механизма. Поэтому при разработке новой конструктивной схемы лапового сошника следует особое внимание уделить увеличению его ширины захвата и часть функций распределяющей поверхности перенести на окончание семяпровода.
Поэтому в ЗАО «Пензагрореммаш» разработан и испытан сошник пневматической сеялки для подпочвенно-разбросного посева, который позволит повысить равномерность распределения семян по площа-
ди рассева за счет уменьшения числа стыковых междурядий, а уменьшение количества рабочих органов положительно скажется на материалоемкости конструкции и обеспечит наиболее стабильный ход при работе агрегата.
Рис. 1. Общий вид лабораторной установки
Качество распределения семян зависит от множества факторов. В связи с этим лабораторные исследования проводились с применением методики планирования многофакторного эксперимента на установке, смонтированной на почвенном канале (рис. 1).
Конструкция и принцип работы установки подробно рассмотрены в работе [1].
Предлагаемая конструкция сошника (рис. 2) содержит лапу закрытого типа 1, которая болтами 10 закреплена к стойке 2. Семяпровод 3 соединён со стойкой 2 с помощью кронштейна 4. Направитель-рас-пределитель 5 семян соединён с семяпроводом 3. Направитель-распределитель 5 семян выполнен в виде раструба с круглым входным и овалообразным выходным отверстием. Направитель-распределитель 5 выполнен из полиамида, что облегчает выполнение его конфигурации. Для посева различных семян разработаны несколько модификаций направителей-распределите-лей, которые выполнены съёмными. В подлаповом пространстве сошника установлен сглаживатель 6 почвы, который с помощью накладки 7 прямоугольной формы закреплён болтами 10 к стойке 2 с лапой 1. Отражатель 8 семян также установлен в подлаповом пространстве и жёстко соединён внизу с сглаживателем 6 почвы, а вверху с накладкой 7. Отражатель 8 выполнен в виде сектора горизонтальной цилиндрической поверхности, на которой имеются две наклонные направляющие 9, образующие отсеки для обеспечения равномерного распределения семян по всей ширине захвата лапы 1.
Для определения качественных показателей работы сошника пневматической сеялки для подпочвенно-разбросного по-
сева были проведены экспериментальные исследования на высеве семян озимой пшеницы, в результате которых были выявлены конструктивно-режимные параметры и установлены их значения. Анализ технологического процесса посева семян показал, что наибольшее влияние на равномерность распределения семян по площади посева оказывают: ширина направи-теля-распределителя; скорость воздушного потока; радиус закругления отражателя.
После обработки результатов многофакторного эксперимента на персональной ЭВМ с использованием прикладной программы <^ТАТ^Т!КА VERSION 6.0», получили адекватную математическую модель второго порядка, описывающую зависимость v = f (b, R, V) в закодированном виде [5]:
у = 42,316 - 1,007х! - 1,561х2 - 2,070х3 +
+ 0,165х1х2 - 0,550х1х3 - 0,940х2х3 +
+ 7,904х12 + 7,946х22 + 8,374х32 (1)
После канонического преобразования и определения вида поверхности отклика провели анализ с помощью двумерного сечения.
Для получения двумерного сечения поверхности отклика, характеризующего распределение семян, используются такие показатели, как ширина распределителя (х1) и скорость воздушного потока (х2). В уравнение (1) подставляем значение х2 = 0, в результате чего получаем:
у = 42,316 - 1,007xj - 2,070х3 -
- 0,550X1X3 + 7,904х12 + 8,374х32. (2)
Определяем координаты центра поверхности дифференцированием уравнения и решением системы уравнений:
2. Схема лапового сошника
Нива Поволжья № 3 (16) август 2010 55
4у
йхх
4у
= 15,808х1 - 0,550х3 -1,007 = 0
= -0,550х1 +16,748х3 - 2,070 = 0.
(3)
Решая систему, определили координаты центра поверхности отклика в закодированном виде: х1 = 0,068, х3 = 0,127.
Подставляя значения х1 и х3 в уравнение (2), получили значение распределения семян в центре поверхности отклика: у = 42,152.
После некоторых преобразований уравнения (2) получили уравнение в канонической форме:
мальных значений рассматриваемых факторов: ширины распределителя (Ь) и скорости воздушного потока (V) в пределах Ь = 44,5...50 мм, V = 13,2...18,5 м/с.
Аналогично приравнивая к нулю фактор х3 и подставляя его в уравнение (1), получим:
у = 42,316 - 1,007x1 - 1,561х2 +
+ 0,165хх + 7,904х!2 + 7,946х22. (5)
Решая систему дифференциальных уравнений, найдем координаты центра поверхности отклика:
у - 42,152 = 7,904х1 + 8,374х32. Угол поворота осей составит:
(4)
4у 4х1 4у
= 15,808^ + 0,165х2 -1,007 = 0
= 0,165х +15,892х2 -1,561 = 0.
(6)
tg 2Р =
-0,550
7,904 - 8,374
= -1,86,
откуда р = 24,7 град.
Подставляя различные значения показателя неравномерности распределения семян зерновых культур в уравнение (1), получили уравнения соответствующих контурных кривых - эллипсов, в совокупности представляющих целое семейство сопряжённых эллипсов. Результаты расчёта представлены на рис. 3.
Из рис. 3 видно, что неравномерность распределения семян зерновых культур составляет 46,83 % при нахождении опти-
26
24 22 20 18 16 14 12 10 8
В закодированном виде:
х1 = 0,063, х2 = 0,098.
Подставляя значения х1 и х2 в уравнение (5), получили значение нераспределения семян в центре поверхности отклика: у = 42,209.
После канонического преобразования уравнение примет вид:
7 - 42,209 = 7,904х12 + 7,946х22. Угол поворота осей составит:
0,165
(7)
tg 2в =
7,904 - 7,946
= 3,93,
откуда в= 37,9 град.
ч
м
о в л н и
о &
о
■А
и
4
25
30
65
35 40 45 50 55 60
Ширина направителя-распределителя - Ь, мм
Рис. 3. Двумерное сечение, характеризующее зависимость неравномерности распределения семян зерновых культур (V) от ширины распределителя (Ь) и скорости воздушного потока (V)
70
6
ей
26
24
22
20 —
18
Щ 16
<я а н о
к =
X
<и
ч
и
^
а
а я
и
^
э
14 12 10 8 6
25 30 35 40 45 50 55 60 65
Ширина направителя - распределителя - Ь, мм
Рис. 4. Двумерное сечение, характеризующее зависимость неравномерности распределения семян зерновых культур (V) от ширины распределителя (Ь) и радиуса закругления отражателя (К)
70
Уравнение (7) вводили в ПЭВМ, в результате чего получили двухмерное сечение (рис. 4), характеризующие зависимость неравномерности распределения семян зерновых культур на заданной глубине () от ширины распределителя (Ь) и радиуса закругления отражателя (К).
Из рис. 4 видно, что неравномерность распределения семян зерновых культур составляет 46,9 % при нахождении оптимальных значений рассматриваемых факторов: ширины распределителя (Ь) и радиуса закругления отражателя (К) в пределах Ь = 44,5...50 мм, К = 14...19,5 мм.
При рассмотрении двумерного сечения поверхности отклика по уравнению регрессии (1) величина ширины направителя-распределителя хг = 0.
В результате расчётов получили уравнение (8), описывающее поверхность отклика, характеризующее показатель нераспределения семян от радиуса закругления отражателя х2 и скорости воздушного потока х3:
у = 42,316 - 1,561х2 - 2,070х3 -
- 0,940х2х3 + 7,946х22 + 8,374х32. (8)
Продифференцировав уравнение (8) и решив систему уравнений
йх2 йх,
= 15,892х - 0,940х -1,561 = 0
= -0,940х + 16,748х - 2,070 = 0,
(9)
нашли координаты центра поверхности отклика в закодированном виде: х2 = 0,105, х3 = 0,120 (после раскодирования К = 16,5 мм, V = 15,6 м/с). Подставляя значения х2 и х3 в уравнение (8), получили значение показателя неравномерности распределения семян в центре поверхности: у = 42,101.
После канонического преобразования уравнение (9) примет вид:
у - 42,101 = 7,946х22 + 8,374х32. Угол поворота осей составит:
(10)
¡Е 20 =
-0,940
7,946 - 8,374
= 2,2,
откуда в = 32,8 град.
Уравнение (10) вводили в ПЭВМ, в результате чего получили двумерное сечение (рис. 5), характеризующее зависимость неравномерности распределения семян зерновых культур на заданной глубине () от радиуса закругления отражателя (К) и скорости воздушного потока (V).
4
2
0
Нива Поволжья № 3 (16) август 2010 57
26
24
22
> 20
18
16
В 14
ч
м О й л н и о а о ■л и
12
10
10 12 14 16 18 20 22 Радиус закругления отражателя - Я, мм
24
26
Рис. 5. Двумерное сечение, характеризующее зависимость неравномерности распределения семян зерновых культур (V) от радиуса закругления отражателя (Я) и скорости воздушного потока (V)
Анализируя рис. 5, видим, что неравномерность распределения семян зерновых культур составляет 46,16 % при нахождении оптимальных значений рассматриваемых факторов: радиуса закругления отражателя (Я) и скорости воздушного потока (V) в пределах Я = 14,5...18,5 мм,
V = 13,9.18 м/с.
Для использования уравнения (1) в инженерных расчетах удобнее представить его в раскодированном виде:
) = 374,913 - 7,425Ъ - 10,083Я - 9,270 V + + 0,003ЪЯ - 0,011^ - 0,038ЯV + 0,079Ъ2 + + 0,318Я2 + 0,333^.
Тогда оптимальные значения геометрических параметров сошника для подпочвенного разбросного посева пневматической сеялки будут выглядеть следующим образом: Ъ = 44,5.50 мм, Я = 14.19,5 мм и
V = 13,2.18,5 м/с, при этом параметр оптимизации () будет составлять 46,15.46,98 %.
Литература
1. Стружкин, Н. И. Установка для исследования конструктивно-режимных параме-
тров рабочих органов посевных и почвообрабатывающих машин / Н. И. Стружкин, Б. А. Конев, С. В. Козюков // Сельский механизатор. - 2010. - № 1. - С. 45-49.
2. Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта / Б. А. Доспехов. - М.: Агропромиз-дат, 1985. - 351 с.
3. Любушко, Н. И. Методика расчёта и определения равномерности распределения семян зерновых культур по площади / Н. И. Любушко. - М.: ОНТИ ВИСХОМ, 1970. -16 с.
4. Мачнев, А. В. Совершенствование технологического процесса подпочвенно-разбросного посева зерновых культур с разработкой сошника: Дис. . канд. техн. наук: 05.20.01 / А. В. Мачнев. - Пенза, 2001. - 145 с.
5. Мельников, С. В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С. В. Мельников, В. Р. Алёшкин, П. М. Рощин. - Л.: Колос, 1980. - 168 с.
6. Бузенков, Г. М. Машины для посева сельскохозяйственных культур / Г. М. Бу-зенков, С. А. Ма. - М.: Машиностроение, 1976. - 272 с.
8
6
4
6
8
