CC BY
39
УДК 631.33 А.Ю. Несмиян,
В.В. Должиков, А.В. Асатурян
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДОЗИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОПАШНОЙ СЕЯЛКИ ВАКУУМНОГО ТИПА
Ключевые слова: вакуумный высе-
вающий аппарат, пропашная сеялка, семя, дозирующий элемент, прокладка, высевающий диск, частота вращения, вынос, подача, качество дозирования семян.
Введение
В последние десятилетия с восстановлением и развитием животноводства потребность в производстве кукурузы возросла. В силу биологических особенностей кукурузы большое внимание уделяется равномерности распределения семян по площади питания. Точность размещения семян в рядке в первую очередь зависит от качества их дозирования высевающим аппаратом пропашной сеялки. Теоретические исследования и конструктивные разработки не привели еще к созданию надежных и удобных пневматических высевающих аппаратов. Поэтому конечной целью данной работы является получение равномерного высева семян.
Теоретическое обоснование модернизации
Традиционно в вакуумных высевающих аппаратах для присасывания семян используют круглые отверстия. В процессе работы высевающего аппарата на присосавшееся к такому дозирующему элементу семя действуют силы, показанные на рисунке 1 [1].
Из схемы видно, что вынос семян происходит благодаря силе трения поверхности высевающего диска о присасываемое
семя F и силе подпора семян ворошителем РПВ . При этом на семя действуют и силы сопротивления выносу: сила трения прилежащего слоя семян о присасываемую частицу РТР , сила вертикального давления вышележащего слоя семян РВ ,
dV
сила тяжести mg и сила инерции т
dt
Рис. 1. Схема сил, действующих на присасываемое семя в слое семян
Гарантированный вынос семени (вероятность выноса семени из семенной камеры Р>1) будет обеспечиваться, если выполнено условие
F
> 1,
(1)
где F — сила трения поверхности высевающего диска о присосанное семя, Н;
^ — сумма сил сопротивления выносу,
Н.
Практические исследования работы серийного высевающего аппарата с круглыми присасывающими отверстиями показали, что в результате «восходящего истечения», по мере выноса семян из полости семенной камеры, в зоне активного захвата семян и аэродинамического поля присасывающих отверстий за выносимым из семенной камеры семенем создаются пустоты. Поэтому при работе высевающего аппарата появлялись групповые пропуски подачи семян (нулевые подачи) по 5-15 шт. подряд [2].
Таким образом, из-за отсутствия семенного материала на траектории движения дозирующего элемента, а также из-за того, что семена не имеют идеальную круглую форму, которая принимается в допущениях [3], семя не всегда полностью перекрывает присасывающее отверстие (рис. 2).
Рис. 2. Возможное расположение семян
относительно присасывающего отверстия
При этом упрощенно, сила присасывания каждого семени будет определяться по формуле
К = к • ^ • Н , (2)
где к — коэффициент просасывания воздуха, к = 0,9-1,5;
Sз — площадь семени, перекрывающая
2
присасывающее отверстие, м ;
Н — разрежение в вакуумной камере,
Па.
Малые значения S3 ухудшают работу аппарата. Таким образом, присасывающие отверстия круглой формы не являются наиболее оптимальными с точки зрения процесса дозирования семян.
В связи с вышесказанным предлагается изготавливать дозирующие элементы в виде радиальных прорезей, что позволит обеспечить гарантированное попадание хотя бы одного семени на траектории движения дозирующего элемента (рис. 3).
Для увеличения ширины траектории движения дозирующего элемента ее длина должна быть максимальной, и приниматься, исходя из расстояния от кромки
высевающего диска до стенки семенной камеры, с учетом максимального захвата семян в семенной камере.
Рис. 3. Схема расположения семян у дозирующего элемента модернизированного высевающего диска
Ширина радиально расположенных отверстий определяется исходя из выражения [4]:
t = (0,5 - 0,7) • с, (з)
где \ — ширина радиально расположенных отверстий, мм;
с — минимальная толщина высеваемых семян, мм.
Условие (3) позволяет предотвратить забивание семян в прорези дозирующих элементов.
Проведенные вычисления показывают, что для серийного высевающего аппарата при высеве семян кукурузы значение вероятности выноса семени из семенной камеры (1) лежит в диапазоне от 0,65 до 1,35. То есть процесс выноса семян из семенной камеры происходит в неустойчивом режиме. В модернизированном высевающем аппарате достигается устойчивое значение вероятности выноса семян (Р ~ 1,34), что обеспечивает гарантированное присасывание семян к дозирующим элементам.
Недостатком предложенного дозирующего элемента является то, что он способствует образованию большого количества двойных и даже тройных подач. Это приведет к ухудшению условий работы сбрасывателя лишних семян и в конечном итоге снизит равномерность семенного потока. В связи с этим предлагается изменить форму вакуумной камеры, контактирующей с дозирующим элементом.
Стендовые испытания показывают, что наибольшее прилипание семян к присасывающим отверстиям в высевающем диске наблюдается в самой нижней части семенной камеры [5]. Таким образом, вакуумная камера должна иметь наиболь-
шую ширину рабочей зоны в нижней части семенной камеры (рис. 4).
т • g к • Н • /
Рис. 4. Прокладка вакуумной камеры
Далее вакуумная камера должна уменьшаться по ходу вращения диска до начала воздействия на посевной материал сбрасывателя лишних семян. Это позволит «облегчить» работу сбрасывателя лишних семян за счет сужения зоны присасывания семян (часть лишних семян падает в семенную камеру). После сбрасывателя лишних семян ширина вакуумной камеры остается постоянной. В этом случае на семя действуют силы, представленные на рисунке 5.
Рис. 5 Схема сил, действующих на семя после зоны воздействия сбрасывателя лишних семян
Центробежная сила Рц пренебрежимо мала, отсюда следует, что F « т • g .
С учетом условия (2)
F = k • S3 • Н • f ,
где { — коэффициент трения семени о поверхность высевающего диска, { = 0,3-
0,5.
Тогда т • g = k • S3 • Н • f ,
н=,
t
где h — ширина щели, м.
Для того чтобы обеспечить гарантированное удержание семени с учетом про-сасывания воздуха принимаем коэффициент запаса кз = 4. Тогда ширина щели h = 3,2 мм.
Методика проведения экспериментов
Для проверки качества работы модернизированного аппарата были проведены сравнительные лабораторные испытания серийного вакуумного аппарата сеялки СПК-8 со стандартными высевающим диском и прокладкой и этого же аппарата с измененной конструкцией прокладки и высевающего диска.
Эксперимент проводился на некалиброванных семенах кукурузы средней фракции, при разрежении в вакуумной камере
4 кПа и диаметре круглых присасывающих отверстии серийного высевающего диска
5 мм. Каждый опыт проводился в трех повторностях, число подач каждой повторности — 300 шт.
Результаты экспериментальных исследований
Режимы работы аппарата, полученные данные и их анализ приведены в таблицах 1 и 2.
При обработке данных критерии точности опытов определялись для средней подачи семян (М) дозирующими элементами по повторностям, как для наиболее обобщенного показателя.
В таблице приняты следующие обозначения: п — частота вращения высевающего диска, рад/с; Поср и П2ср — среднее количество нулевых и двойных подач, шт.; Р0 и Р2 — частость нулевых и двойных подач, %; Мср — средняя подача семян, шт.; оМ — среднее квадратичное отклонение подачи семян по повторностям; тМ — относительная ошибка опыта, %.
Таблица 1
Результаты экспериментальных исследований серийного высевающего аппарата
П, рад/с П0ср' шт- П2ср, шт- Р О % О4 N0 о4 гч 0_ Мср, шт. ^ шт- тм, %
0,25 1,00 5,67 0,33 1,89 1,01 0,005 0,269
0,45 3,00 3,67 1,00 1,22 1,01 0,008 0,467
0,65 4,00 5,33 1,33 1,78 1,00 0,009 0,543
Таблица 2
Результаты экспериментальных исследований модернизированного высевающего аппарата
n, рад/с Пс^ шт- ^ шт- P О % О4 P2, % Мер, шт. ^ шт- ^ %
0,25 0,67 2,33 0,22 0,78 1,005 0,003 0,190
0,45 0,67 2,00 0,22 0,67 1,004 0,006 0,353
0,65 1,33 0,667 0,44 0,22 0,998 0,007 0,382
Выводы
Сравнительный анализ данных таблиц позволяет сделать заключение, что при работе аппарата с модернизированным высевающим диском наблюдается более качественный процесс высева семян. Количество нулевых и двойных подач модернизированного высевающего аппарата при частоте вращения высевающего диска п = 0,65 рад/с в 3 и в 8 раз, соответственно, меньше, чем у серийного. Таким образом, внедрение модернизации позволит обеспечить значительную прибавку урожая за счет более рационального использования посевных площадей и сократить затраты на посевной материал.
Библиографический список
1. Лобачевский П.Я. Проектирование сеялок для точного посева пропашных культур / П.Я. Лобачевский, В.И. Хиж-няк, А.Ю. Несмиян. — Зерноград, 2006. — 48 с.
2. Мушкетова О.В. Характеристики посевного материала для условий точного дозирования семян огурцов / О.В. Муш-
кетова, А.В. Мушкетов, П.А. Бондаренко // Механика дискретных сред: межву-зов. сб. научных трудов. — Зерноград, 2002. — С. 62-71.
3. Гячев Л.В. О механической модели сыпучего тела / Л.В. Гячев // Механика сыпучих материалов: тез. докл. Всесоюз. конф. — Одесса, 1975. — С. 3-4.
4. Бондаренко П.А. К методике определения оптимальных условий процесса однозернового высева семян сорго аппаратом сеялки СУПН-8 / П.А. Бондаренко // Проектирование рабочих органов почвообрабатывающих уборочных сельскохозяйственных машин и агрегатов для кормопроизводства. — Ростов-на-Дону, 1986.
5. Несмиян А.Ю. К вопросу захвата семян присасывающими отверстиями высевающего диска аппарата пропашной сеялки / А.Ю. Несмиян, В.В. Должиков, В.А. Радченко // Совершенствование технических средств в растениеводстве: межвузовский сборник научных трудов. — Зерноград, 2010. — С. 107-109.
+ + +
