CC BY
33
МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 631.3: 62-1
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ
© 2009 г. А.Ю. Попов
Азово-Черноморская государственная Azov-Black Sea State Agroengineering
агроинженерная академия, г. Зерноград Academy, Zernograd
Описана конструкция и принцип работы пневматического высевающего аппарата избыточного давления с фиксированной точкой сброса семян в сошник, способного обеспечить высокие показатели дозирования на высоких частотах вращения высевающего диска. По результатам экспериментальных исследований предложены рекомендуемые конструктивные параметры и режимы работы пневматического высевающего аппарата избыточного давления.
Ключевые слова: аппарат; конструкция; избыточное давление; частота вращения; качество дозирования; выступы; диск.
In the paper the construction and operation principle of a pneumatic surplus pressure sowing apparatus with the fixed point of seeds reset of in a share, capable to ensure high indexes of dispensing on high frequencies of rotation of a feed disc are stated. By the results of experimental researches recommended design parametres and operation modes of a pneumatic surplus pressure sowing apparatus are offered.
Keywords: the apparatus; a construction; an overpressure; a rotational speed; quality of dispensing; protuberances; a disk.
В настоящее время для посева пропашных культур в отечественном сельском хозяйстве применяются сеялки с пневматическими высевающими аппаратами вакуумного типа, использующие разряжение от 5 до 7 кПа [1, 2]. Но такие аппараты не в полной мере отвечают всё возрастающим агротехническим требованиям к механизированному посеву, а именно сохранению равномерности высева пропашных культур с увеличением скорости посева. В связи с этим за рубежом от вакуумных пневматических аппаратов начинают постепенно отказываться в пользу пневматических аппаратов избыточного давления, которые лишены этого недостатка [3].
Однако в процессе работы высевающего аппарата избыточного давления возникают колебания величины избыточного давления, характеризующуюся амплитудой и частотой, и обусловленные тем, что при захвате семени дозирующим элементом происходит перекрытие его отверстия. Поэтому общая площадь отверстий, через которые происходит выпуск воздуха, уменьшается, что ведет к кратковременному увеличению избыточного давления в семенной камере до момента, когда семя сбросится в сошник. В связи с этим качество дозирования высевающего аппарата ухудшается, например, появляются нулевые подачи, одноштучные, двухштучные подачи и т.д. Причем, с увеличением частоты вращения высевающего диска увеличивается и частота колебаний величины избыточного давления. Поэтому необходимо при увеличении частоты вращения высевающего диска одновременно снижать амплитуду колебаний избыточного
давления. Этого можно добиться путем изоляции семенной камеры от места сброса семян в сошник.
Поэтому возникает необходимость в разработке новой конструкции пневматического высевающего аппарата избыточного давления, которая позволила бы управлять процессом дозирования на границе III зоны устойчивости [4], где движение возбужденной системы сыпучего тела неустойчиво из-за снижения влияния избыточного давления в семенной камере аппарата. Это можно обеспечить путем введения дополнительного конструктивного элемента в схему работы высевающего аппарата, которая обеспечит принудительную фиксированную герметизацию семенной камеры при сбросе семян в сошник, что позволит снизить амплитуду пульсаций величины избыточного давления в семенной камере при сохранении высоких частот вращения высевающего диска.
В ходе исследований на кафедре механизации растениеводства ФГОУ ВПО АЧГАА разработана новая конструкция пневматического высевающего аппарата избыточного давления по решению о выдаче патента на изобретение по заявке №2007145276 [5].
Пневматический высевающий аппарат избыточного давления, общий вид которого приведен на рис. 1, включает корпус 1, в котором на горизонтальном приводном валу 2 установлен и зафиксирован вертикальный высевающий диск 3 с дозирующими элементами 4. Общий вид высевающего диска изображен на рис. 2. Высевающий диск выполняется толщиной не менее 2...3 мм из листовой углеродистой стали обыкновенного качества.
Дозирующие элементы высевающего диска представляют сквозные отверстия, диаметр С которых выбирается в зависимости от высеваемой культуры (для кукурузы С = 4...6 мм). Корпус 1 высевающего аппарата выполняется литым.
4
А-А
5 5 гщ /
YS/' W//V/J
Рис. 2. Конструкция высевающего диска аппарата избыточного давления
Равноудаленно между дозирующими элементами 4 размещены выступы 5. Выступы 5, выполненные из эластичного материала (резина), приклеиваются клеем марки 61 холодным способом к поверхности высевающего диска 3, которая может предварительно не обрабатываться. Ширина Ь и высота к (рис. 2) высту-
пов 5 выполняется не меньше максимальных размеров семян высеваемой культуры. Это позволяет предотвратить механические повреждения семян во время рабочего процесса высевающего аппарата, благодаря исключению или уменьшению непосредственного контакта семян с внутренней поверхностью высевающего аппарата. При этом стенки выступов 5 со стороны дозирующих элементов вертикального высевающего диска 3 выполнены радиально. Стенки выступов 5, перпендикулярные радиальным стенкам, ограничены окружностями, концентричными осевой окружности центров отверстий дозирующих элементов.
В корпусе 1 располагается семенная камера 6. Перед зоной сброса семян в сошник, по дуге, концентричной оси вращения высевающего диска, расположен транспортный канал 7. Также в основании корпуса 1 выполнен паз 9 для прохода выступов 5 вертикального высевающего диска 3. Причем длина паза 8 равна расстоянию между смежными выступами 5.
Центральный угол а транспортного канала 7 должен быть не меньше двойного угла 2р (рис. 2) между центрами соседних выступов 5 вертикального высевающего диска 3. При этом радиальное сечение выступов 5 в плоскости, перпендикулярной плоскости вертикального высевающего диска 3 копирует поперечное сечение транспортного канала 7, а стенки выступов 5, сопряженные со стенками транспортного канала 7, выполнены по радиусам г1 и г2 (рис. 2) меньшим радиусов Rl и R2 (рис. 1) стенок транспортного канала 7 на величину зазоров 0,5 ... 1,0 мм. Радиус осевой окружности RК транспортного канала 7 (рис. 1) совпадает с радиусом концентрической окружности RО (рис. 2) дозирующих элементов 4 и выступов 5, расположенных на вертикальном высевающем диске 3.
Семенная камера 6 пневматического высевающего аппарата сообщена через впускное окно (не показано) с бункером 9 (рис. 1) и соединена с источником
b
3
нагнетания (не показан) посредством канала 10 для создания избыточного давления воздуха. Вертикальный высевающий диск 3 в корпусе 1 уплотняется прокладкой 11 (рис. 1), которая фиксируется крышкой 12.
Пневматический высевающий аппарат работает следующим образом.
Из бункера 9 семена через впускное окно поступают в семенную камеру 6. От источника нагнетания (не показан) по каналу избыточного давления 10 воздух подается в семенную камеру 6 пневматического высевающего аппарата. При вращении вертикального высевающего диска 3 семена под действием бокового давления семян в слое и сил, создаваемых разностью давления воздуха в семенной камере 6 и снаружи корпуса 1 аппарата, заполняют дозирующие элементы 4. Заполненные дозирующие элементы 4 движутся к транспортному каналу 7. При прохождении канала избыточного давления 10 потоком воздуха удаляются лишние семена из дозирующих элементов 4. Попав в транспортный канал 7, дозирующий элемент 4 с захваченным семенем отсекается от избыточного давления выступом 5, так как радиальное сечение выступов 5 в плоскости, перпендикулярной плоскости вертикального высевающего диска 3 копирует поперечное сечение транспортного канала 7. В транспортном канале 7 при атмосферном давлении семена перемещаются к выходу, к точке сброса в сошник, под действием выступов 5. Таким образом, обеспечивается фиксированная точка сброса семени в сошник.
При этом выступы 5, выполненные из эластичного материала, перемещаясь в транспортном канале 7, исключают повреждение семян в процессе их транспортирования, а также, перекрывая транспортный канал 7 в поперечном сечении, уменьшают потери воздуха, а значит, и общий расход воздуха.
В основании корпуса также выполнен паз 8 для прохода выступов 5 вертикального высевающего диска 3, причем, длина паза 8 равна расстоянию между соседними выступами 5. Таким образом, при выходе из паза 8 какого-либо выступа 5 вертикального высевающего диска 3 следующий за ним выступ 5 перекрывает паз 8, что исключает высыпание семян из семенной камеры 6.
Одним из достоинств предложенной схемы высевающего аппарата является снижение величины избыточного давления за счет включения в конструкцию дополнительного конструктивного элемента - транспортного канала 7 в корпусе аппарата 1 и выступов 5 высевающего диска 3, который позволяет производить фиксированную принудительную герметизацию семенной камеры 6 при сбросе семян в сошник. За счет этого снижается амплитуда пульсаций величины избыточного давления в семенной камере на высоких частотах вращения высевающего диска, а значит, снижается и неравномерность дозирования.
Одновременно с этим использование нового конструктивного элемента - выступов 5 - позволит миновать I и II зоны устойчивости, в которых возможен «покой» системы, за счет разрушения статических
сводов, образующихся под воздействием физико-механических свойств сыпучего тела и приводящих к нарушению технологического процесса захвата семян дозирующими элементами высевающего диска аппарата [4, 6].
На кафедре механизации растениеводства ФГОУ ВПО АЧГАА проведены экспериментальные исследования предложенной конструкции высевающего аппарата избыточного давления на примере высева семян кукурузы для определения его оптимальных режимов работы, в ходе которых на универсальном компьютеризированном стенде [7] производилась регистрация индивидуальной подачи семян кукурузы каждым дозирующим элементом.
Перед проведением экспериментального исследования были определены факторы, оказывающие влияние на качество высева семян кукурузы. К ним относятся:
- частота вращения высевающего диска;
- избыточное давление в семенной камере аппарата;
- диаметр отверстия дозирующих элементов высевающего диска;
- физико-механические свойства семян кукурузы;
- диаметр сопла канала избыточного давления;
- уровень заполнения бункера высевающего аппарата;
- форма отверстий дозирующих элементов высевающего диска и другие.
Ранжирование показало, что основными факторами являются частота вращения высевающего диска п, избыточное давление р и диаметр отверстий d дозирующих элементов высевающего диска. Поэтому цель исследования - определение влияния этих факторов на параметр оптимизации. В качестве параметра оптимизации было принято математическое ожидание подачи семян дозирующими элементами высевающего диска М.
Для исследования процесса высева семян кукурузы пневматическим высевающим аппаратом избыточного давления был выбран и реализован трехфактор-ный эксперимент по матрице планирования полнофакторного эксперимента ПФЭ 23 [8, 9] при следующих конструктивных параметрах и режимах работы высевающего аппарата:
- частота вращения высевающего диска
п = 0,2 - 1,4 с-1;
- избыточное давление в семенной камере
р = 2,0 - 4,0 кПа;
- диаметр отверстий дозирующих элементов высевающего диска d = 3,0 - 5,0 мм;
- высота выступов высевающего диска h = 5 мм;
- ширина выступов Ь = 14 мм;
- радиус осевой окружности транспортного канала Rк = 63,5 мм;
- количество дозирующих элементов в высевающем диске - 15 шт.
В ходе эксперимента типа ПФЭ 23 определено, что предлагаемая конструкция пневматического высе-
вающего аппарата избыточного давления способна обеспечить повышение качества дозирования семян (математическое ожидание подачи семян составило до М = 1,01) на высоких частотах вращения высевающего диска от 0,8 до 1,4 с-1, при одновременном уменьшении избыточного давления до 3 кПа, которое достигается за счет введения в конструкцию аппарата нового элемента - выступов 5 высевающего диска 3 и транспортного канала 7 - обеспечивающих фиксированную герметизацию семенной камеры аппарата при сбросе семян в сошник. При этом величина избыточного давления в семенной камере аппарата снижается на 45 ... 55 % по сравнению с величиной разряжения, используемой в высевающих аппаратах вакуумного типа, что в свою очередь позволяет использовать источник нагнетания воздуха по мощности меньший, чем используемые в настоящее время.
Литература
1. Гусев В.М. Анализ конструкций пропашных сеялок зарубежных фирм // Тракторы и сельхозмашины. 1984. № 9. С. 30-33.
Поступила в редакцию
2. Современные сельскохозяйственные машины и оборудование для растениеводства (конструкции и основные тенденции развития) : по материалам Международного салона сельскохозяйственной техники SIMA 2001. М., 2001. 136 с.
3. Хижняк В.И. Обоснование параметров пневматического аппарата избыточного давления для точного высева семян сои : дис. ... канд. техн. наук. Зерноград, 2002.
4. Беспамятнова Н.М. Колебания и вибрации в технологических процессах почвообрабатывающих и посевных машин и агрегатов. Зерноград, 2008. 224 с.
5. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке 2007145276 Российская Федерация МПК7 A01C7/04 Пневматический высевающий аппарат / П.Я. Лобачевский, А.Ю. Попов, В.И. Хижняк, А.Ю. Несмиян. (ФГОУ ВПО АЧГАА). Заявл. 05.12.2007.
6. Богомягких В.А. Теория эквивалентного динамического свода в механике дискретных сыпучих тел. Зерноград, 2007. 64 с.
7. Лобачевский П.Я. Стенд для исследования высевающих систем пропашных сеялок // Механика дискретных сред: Межвуз. сб. науч. тр. Зерноград, 2002. С. 90-91.
8. Спиридонов А.А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов. М., 1981. 184 с.
9. Ермольев Ю.И Основы научных исследований в сельскохозяйственном машиностроении. Ростов н/Д, 2003. 243 с.
4 мая 2009 г.
Попов Антон Юрьевич - аспирант, Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия. Тел. (86359) 41-1-61. E-mail: [email protected]
Popov Аnton Jurievich - post-graduate student, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy. Ph. (86359) 41-1-61. E-mail: [email protected]
