CC BY
87
УДК 631.331
Совершенствование рабочих органов зерновой сеялки широкополосного посева
С А. Родимцев, к.т.н. (ФГОУ ВПО Орел ГАУ)
В.П. Пьяных, к.т.н. (ГНУВНИИЗБК)
Известные конструкции лаповых сошников, выполненных на основе культиваторных лап [1, 2] обладают некоторыми существенными недостатками. Так, например, при взаимодействии почвы с вертикальной стойкой-семяпроводом (особенно, при увеличении скорости агрегата) происходит разбрасывание почвенных частиц, и, как следствие, образование пред-сошниковых холмов и борозд, после прохода сеялки; нависают сорн ки в месте соединени стойки и лапы. При сходе почвенных частиц с тыльного обреза лапы образуютс участки их завихрени . Кроме того, отсутствует возможность разделения частиц почвы на мелкую фракцию, непосредственно укрывающую семена, и более крупную, располагающуюс на поверхности почвы так, чтобы обеспечить защиту от эрозионных процессов.
Все это во многом негативно отражается на качестве заделки сем н, услови х вегетации растений и существенно снижает урожайность.
В то же врем , качество заделки сем н в почву во многом определ етс способностью сошника копировать рельеф поверхности. При использовании лаповых сошников закрепленных на стандартных радиальных поводках, копирование микронеровностей влечет изменение угла подъема почвы на рабочем органе, в отличие от сошников, установленных, например, на параллелограмной навеске. Необходимо отметить, также, что в верхнем положении сошниковой группы, транспортный просвет се лки оборудованной стандартным механизмом навески будет меньше аналогичного параметра дл се лки с парал-лелограмным механизмом.
Материал и методика исследований
Объектом исследования является зерновая сеялка широкополосного посева, оборудованна новыми лаповыми сошниками, установленными на параллелограм-ной навеске. Программа и методика исследований экспериментальной сеялки состояла в следующем:
-сошниковая группа - экспериментальная, в сравнении с сошниками дискового и лапового [2, 3] типов, установленных с помощью радиальной навески на сеялке С3-3,6;
- тяговое средство: трактор МТ3-80;
- культура - гречиха;
- норма высева - 95 кг га-1;
- заданна глубина заделки сем н - 6 см;
-1
- скорость посева - 7 км час ;
- предпосевна культиваци : дл се лки, оборудованной лаповыми сошниками - одновременно с посевом.
Показатели качества посева:
- глубина заделки сем н;
- ширина полосы рассева;
- расстояние между полосами.
Повторность опытов - трехкратна .
Окончательная оценка экономической эффективности проводилась по фактической урожайности и расходу топлива, при сопоставимом объеме работ на посеве гречихи.
Обоснование использования параллелограмной навески и описание конструкции навески и сошника.
Для обоснования необходимости использования параллелограмного механизма навески для лапового сошника, рассмотрим схемы на рис. 1 и 2.
Рисунок l - Cxeмы к ощ>еделению угла а, пpи «шиковании peльeфa ночвы и paсчeтa paзнoсти тpaнснopтнoгo навета для сеялки, oбopyдoвaннoй лаювыми сошниками на paди-альной и нapaллeлoгpaмнoй нодвеске
Из сxeмы на pm:. l видно, что оценить paзнoсть угла а, oпpeдeляющeгo ноложение нодвески, для сpaвнивaeмыx мexaнизмoв, ^и заданной высоте
нодъема ланы h можно из отношения стopoн тpe-
у гольника ОАВ.
Если: CA = L cosy-1, м (l)
OC = L sinY + H ,м (2)
AD
= лД
L2 + H 2
)(l - cos a),
м
то угол а будет о^еделяться величиной
a = el - в2, ^ад
где:
в OC
cos в =
(OC)2 + (CA)2
cos Єї
OC - h
(OC)2 + (CA)2
(3)
(4)
(5)
(6)
Известно, что допускаема агротехническими тре-бовани ми неравномерность глубины хода сошников Да<2 см. По данным полевых испытаний, средняя величина микронеровностей, подлежащих копированию достигает 4.. .6 см. При этом, изменение угла а для лапового сошника на обычной радиальной подвеске, составит ±3.8°. Разность углов а при переводе сошников в транспортное положение дл се лок, оборудованных
2
l
стандартной радиальной и параллелограмной подвесками будет равна 7°, при Ь’=0,15 м.
№.
Лч , 1 Г гт
1
Рисунок 2 - Схемы к вычислению приращения площади лобовой проекции лапового сошника, при увеличении угла подъема а
Увеличение угла подъема при копировании рельефа, ведет к приращению площади лобовой проекции рабочего органа (см. рис. 2).
Следовательно, увеличивается лобовое сопротивление сошника и полное тяговое сопротивление агрегата.
Требуемое тя говое усилие трактора при агрегатировании сеялки:
Р = Бк, Н (7)
где: Б - суммарная площадь лобовой проекции сошников, м2; к - удельное сопротивление почвы Н м-2.
Площадь Б для сеялки с параллелограмным механизмом навески, при копировании микрорельефа, в среднем, на ЛБ меньше, чем для сеялки с радиальной подвеской.
ЛБ=Б-Б = - В1 2
^со8у#8Ігфг+в(2 - 4$,іпа^в)л
,м2 (8)
2со8в$іпа+в
Следовательно, расчетное тяговое сопротивление се лки оборудованной предлагаемым механизмом навески будет существенно снижено.
С целью улучшения условий равномерного распределения семян по площади поля и глубине заделки, при копировании микрорельефа, снижения количества нависающих на рабочих органах сорняков, а также для увеличения транспортного просвета сеялки, при ее транспортировке разработана нова конструкция лапового сошника и подвески сошниковой группы зерновой р довой се лки широкополосного посева [4, 5, 6].
Элементы сошниковой группы (рис. 3) изготовлены на базе сошниковой группы се лки С3-3,6. Схема устройства показана на рис. 4 и 5. Техническая характеристика приведена в табл. 1.
Сошник се лки дл широкополосового посева состоит из семя провода 1, стойки 2 и культиваторной лапы 3. С целью снижения интенсивности разбрасыва-ни почвы, стойка 2 сошника наклонена в сторону его
движени . Сечение стойки в плоскости, перпендикулярной ее оси, выполнено в форме эллипса, большая ось которого совпадает с осью симметрии лапы. Для исключения забивания сорняками в передней части сошника, в пространстве между стойкой 2 и лапой 6, установлен плоский вертикальный нож 4, нижняя сторона которого опирается на поверхность лапы 6, а зад-н - на поверхность стойки 2.
Таблица 1 - Техническая характеристика устройства
Наименование показателя Данные испытаний
Тип машины Зерновая рядовая сеялка широкополосового посева
Сошниковая группа Экспериментальная
Количество сошников 12
Тип сошника Лаповый, с тупым углом вхождения
Тип навески Параллелограмная
Ширина захвата лапы, мм 300
Угол установки вертикального ножа, град 148
Ш:
ш
Рисунок 3 - лаповый сошник с тупым углом вхождения в почву на параллелограмной навеске
Рисунок 4 - Лаповый сошник с тупым углом вхождения : 1 - семяпровод; 2 - стойка; 3 - пальцевой сепаратор; 4 - вертикальный нож; 5 - киль; 6 - лапа
При этом лини лезви ножа наклонена в сторону движения сошника и имеет угол вхождения в почву больший, чем угол трения стеблей сорняков по стали. Нижняя точка линии лезвия ножа выступает за носок лапы вперед и вниз в продольно-вертикальной плоскости.
Для предотвращения завихрений почвы в тыльной части сошника закрыта культиваторна лапа в продольно-вертикальной плоскости имеет обтекаемую форму верхнего контура с высотой, максимальной в зоне около 1/4 длины лапы от ее носка и постепенно убывающей к заднему обрезу, расположенному над плоскостью лезвия лапы на высоте, равной максимальному размеру высеваемых семян.
При этом в горизонтальной плоскости задний обрез лапы выполнен в форме кривой нормального распределения, с вершиной, ориентированной в сторону, обратную направлению движения сошника. С тыльной стороны стойки расположен киль 5, представляющий собой пластину, вертикально установленную в плоскости симметрии сошника между стойкой и лапой, причем контуры последних в этой плоскости плавно соединены вогнутой кривой, вл ющей-ся свободной стороной киля 5. Равномерная заделка сем н мелкокомковатым слоем почвы обеспечиваетс расположенным за задним обрезом крыльев лапы сошника сепаратором-распределителем 3 почвы, выполненным в виде пр молинейных прутков, установленных на равных рассто ни х друг от друга в точках крепления к лапе. Крайние прутки сепаратора 3 нахо-д тс в продольно-вертикальной плоскости и ориентированы под некоторым углом вверх, а свободные концы пары центральных прутков сведены к оси симметрии высеваемой полосы с небольшим зазором между собой и наход тс на уровне лезви лапы. Свободные концы остальных прутков в сочетании с концами крайних и центральных в поперечновертикальной плоскости образуют траекторию вогнутой формы. При этом дистанци между свободными концами прутков одинакова. Т акая конструкция обеспечивает равномерное увеличение межосевого рас-сто ни по смежным пруткам от передней к задней части сепаратора-распределител .
Механизм навески рабочих органов сеялки, содержащий соединенный с ней поводок 1, нажимную штангу 7 с пружиной 9, закрепленную в верхней части на валу 5 подъема сошников, а в нижней - на поводке 1 и сошник
3, дополнительно снабжен дублирующей штангой 8. Последн установлена параллельно нажимной и св за-на посредством винтовой тяги 10 с вертикальной стойкой 11, жестко закрепленной на сошнике 3, шарнирно соединенным с поводком 1, образующими параллело-грамный механизм. При этом верхние части нажимной 7 и дублирующей 8 штанг вход т в соосные пазы сухар
6, шарнирно установленного в вилке 4 вала 5 подъема сошников.
Работа сошника заключается в следующем. Во врем движени сошника вертикальный плоский нож
4, внедр сь в почву, перерезает стебли сорн ков и растительные остатки и выполн ет вертикальный разрез почвы, обеспечива тем самым снижение т гового сопротивления при перемещении стойки 2. Благодаря тупому углу вхождени в почву вертикального ножа 4 и стойки 2 при движении сошника не вынос тс на поверхность более влажные слои почвы, а при встрече с трудноодолимым препятствием (валуны, корневища и др.) сошник самовыглубляется, скользя по поверхности преп тстви нижней частью лезви ножа
4, выступающей за контур сечени лапы 6 в продольно-вертикальной плоскости.
Это предотвращает поломки и выход из строя сошника. Конфигураци лапы 6 обеспечивает подъем почвы в передней и плавный ее сход в тыльной части с низко расположенным задним обрезом, имеющим выступающую назад центральную часть. При этом создаютс услови дл мелкой заделки сем н и ис-ключаетс разбрасывание почвы и завихрение ее частиц при сходе с лапы 6, даже при больших скорост х посева. Этому также способствует киль 5, рассекаю-
щий стремящиеся к хаотичному перемешиванию частицы почвы, огибающие стойку 2 при движении сошника с увеличенной скоростью.
Рисунок 5 - Параллелограмная навеска лапового сошника: 1 - поводок; 2 - брус; 3 - стойка-семяпровод;
4 - вилка; 5 - квадратный вал; 6 - сухарь; 7 - нажимная штанга; 8 - дублирующая штанга; 9 - пружина;
10 - винтовая тяга; 11 - стойка
Кроме того, наличие киля 5 повышает устойчивость сошника в горизонтальной и поперечновертикальной плоскостях. Во время движения сошника почва, подн та стрельчатой лапой 6, сходит с ее заднего обреза и попадает на сепаратор-
распределитель 3. Здесь происходит дифференциро-ванна сепараци почвы, когда более мелкие ее частицы просеиваютс в узких зазорах между прутками в начальных, а более крупные - в увеличенных зазорах конечных зон сепаратора-распределител 3. Крупные комь , не прошедшие через решетку сепаратора-распределител 3, сход т с него в его тыльной части и располагаются на поверхности поля. Каскадное расположение элементов сепаратора-распределителя 3 обеспечивает равномерное по ширине захвата сошника распределение почвы, поступающей на прутки в виде боковых валиков, образованных лапой. При этом происходит дробление крупных комьев, в результате их перемещени от краев сепаратора-распределител 3 к его центру по каскаду прутков.
Механизм навески рабочих органов сеялки работает следующим образом. Перед началом работы, ис-пользу винтовую т гу 10, производ т необходимую установку сошника 3 в продольно-вертикальной плоскости. Затем, с помощью регулировочных отверстий на нажимной штанге 7, обеспечивают требуемое усилие
пружины 9 и положение сошника 3 по высоте. Во время работы, благодаря параллелограмному механизму, звеньями которого являются стойка 11, винтовая тяга 10, дублирующая штанга 8 и поводок 1, сошник 3 копирует рельеф почвы не изменяя угла установки в продольно-вертикальной плоскости. При переводе сошниковой группы в верхнее положение, подошвы сошников остаютс горизонтальными, обеспечива се лке необходимый транспортный просвет. При регулировках, вертикальных колебани х поводка 1 во врем работы и переводе сошников в транспортное положение, штанга 8 свободно перемещается в пазу сухаря 6, обес-печива работу параллелограмма при всех возможных положениях поводка 1 и нажимной штанги 7.
Результаты и их обсуждение
Результаты сравнительных испытаний сеялок, оборудованных лаповыми, на параллелограмной навеске и дисковыми сошниками сведены в табл. 2.
Посев производился с нормой высева 95 кг га-1 в испытываемом и сравниваемом вариантах, на глубину 6,0 см. Средняя глубина заделки по сравниваемым вариантам практически одинакова. Однако, коэффициент вариации глубины по базовому варианту на 2,14% больше, чем по новому. Количество семян заделанных в слое средней фактической глубины и в двух соседних слоях с отклонением ±1 см по испытываемому варианту составили 97,46% и сравниваемому 95,16%. Здесь следует отметить, что проводившимися ранее сравнительными испытаниями [7] сеялок, оборудованных лаповыми и дисковыми сошниками на радиальных подвесках, отмечено некоторое преимущество дисковых сошников. Так, количество семян в слое средней фактической глубины и двух смежных с ним, составили дл лаповых сошников 93,55% и дисковых 97,18%. Это свидетельствует о явном превосходстве качества заделки сем н лаповыми сошниками, установленными на параллелограмной навеске.
Широкополосный посев семян гречихи обеспечил более равномерное распределение сем н по площади пита-ни , что улучшило использование питательных веществ из почвы и дало повышение относительной полевой всхожести и урожайности зерна гречихи по сравнению с базовой технологией. При этом если в ранее проведенных испыта-ни х [7] сошников на радиальной подвеске, прибавка урожайности составила 1,9%, то урожайность зерна при посеве лаповыми сошниками на параллелограмной навеске была уже на 6,3% больше, чем дл посева дисковыми сошниками. По критерию Стьюдента различи по урожайности зерна значимы в обоих случа х.
Установка лаповых сошников на параллелограмной навеске обеспечивает и уменьшение т гового сопротив-лени , а как следствие, и снижение расхода топлива. Если при базовой технологии расход топлива составлял 8,79 кг га-1 на операции предпосевной культивации и боронования и 3,99 кг га-1 - на операцию посева (в сумме - 12,78 кг га-1), то при испытываемой технологии, при посеве лаповыми сошниками на параллелограмной навеске, с совмещением посева и предпосевной культивации, потребовалось лишь 3,24 кг га-1, что почти в 4 раза меньше.
Т аблица 2 - Показатели качества работы сравниваемых сеялок на посеве гречихи________________________
Наименование показателя Значение показателя
СЗ-3,6, с экс-перименталь-ной сошниковой группой С3-3,6
Место проведения испытаний ОПХ ВНИИЗБК, г. Орел
Дата проведения испытаний 25.05.04 г. 25.05.04 г.
Скорость движения, к м ч-1 7,5 7,5
Норма высева семян, кг га-1 95 95
Глубина заделки семян: средн , см среднее квадратическое отклонение, ± см коэффициент вариации, % 5,9 0,54 10,32 5,9 0,63 12,46
Сем н, заделанных в слое средней фактической глубины и двух соседних сло х с отклонением ±1 см 97,46 95,16
Ширина основных междурядий, см - 15
Относительная полевая всхожесть, % 92,19 83,05
Ширина полосы рассева, см 20,3 -
Расстояние между полосами, см 9,7 -
Урожайность, ц га-1 24,8 18,5
Расход топлива, кг га-1 3,24 12,78 (3,99+8,79)
Засоренность культуры, перед уборкой, шт м2 76,8 90,0
Снижение тягового сопротивления сеялки, оборудованной лаповыми сошниками на параллелограмной навеске связано не только с хорошим копированием микрорельефа поля, но и способностью сошников самоочищаться, благодаря их новому конструктивному исполнению.
В заключении следует отметить, что установка лаповых сошников на параллелограмной навеске обеспечивает увеличение транспортного просвета между поверхностью почвы и сошниковой группой, что намного снижает риск их контакта при транспортировании сеялки. Общий вид экспериментальной се лки, оборудованной лаповыми сошниками на па-раллелограмной навеске и сравнительные посевы представлены на рис. 6, 7.
расчет экономической эффективности се лки, оборудованной лаповыми сошниками с тупым углом вхождени в почву, установленными на параллело-грамной навеске произведен в соответствии с методикой, изложенной в ГОСТ 23728-79, ГОСТ 23730-79 [8].
Экономическая эффективность применения сеялки сз-3,6, оборудованной лаповыми сошниками с тупым
углом вхождения в почву, установленными на параллелограмной навеске (новая машина) определялась в сравнении с сеялкой С3-3,б, имеющей сошниковую группу с дисковыми сошниками на радиальной навеске известной конструкции (базовая машина).
Рисунок б - Общий вид сеялки С3-3,б, оборудованной лаповыми сошниками на параллелограмной навеске (левая секция сошниковой группы, по ходу движе-ни ), в транспортном положении
Годовой экономический эффект в рублях от эксплуатации новой машины с учетом изменени количества и качества получаемой продукции определялся по формуле:
Эгэ=(Пудб-Пудн)Вз (9)
где: Пудб, Пудн - приведенные затраты в рублях, соответственно, базовой и новой машины на единицу наработки продукции; Вз - зональная годовая наработка новой машины.
Определив удельные эксплуатационные затраты, в рубл х, по базовой и новой машинам и зональную годовую наработку:
В^экхТз=1,1ЗхВ0=90,4 га (10)
где: W^^H га - производительность за 1 час эксплуатационного времени; Тз=В0,0 ч - нормативная годова зональна загрузка новой машины, рассчитан годовой экономический эффект от эксплуатации одной се лки, оборудованной лаповыми сошниками с тупым углом вхождени в почву, установленными на параллелограмной навеске.
Экономический эффект составил 4077,б4 руб. и получен за счет снижения количества операций в новой технологии, в результате снижения затрат на зарплату, ГСМ и амортизацию и капитальных вложений. А с учетом прибавки урожая, годовой приведенный экономический эффект составит 72В14,0В руб.
Рисунок 7 - Общий вид посевов гречихи, выполненный сеялкой, оборудованной дисковыми (справа) и лаповыми (слева) сошниками
Выводы1
На основании полученных данных можно сделать вывод, что широкополосный посев гречихи, с использованием сошников с тупым углом вхождени в почву, установленных на параллелограмной навеске обеспечивает более равномерное распределение семян по площади питани и глубине заделки, снижение т гового сопротивления при выполнении операции посева с совмещением предпосевной культивации, самоочищение сошников от нависающих сорняков. При этом повышается урожайность зерна на б,3%, снижается расход топлива на 9,S4 кг га-1. Кроме того, улучшаются условия транспортирования сеялки. Годовой экономический эффект от использования сеялки составит 72В14,0В рублей.
Благодарности
Авторы выражают благодарность коллективам лабораторий механизации и сортовой агротехники Государственного научного учреждения Всероссийский научно-исследовательский институт зернобобовых и крупяных культур (ГНУ ВНИИЗБК), коллективу кафедры “Механизация технологических процессов в АПК” ФГУ ВПО Орловский государственный аграрный университет (Орел ГАУ) и лично кандидатам с.-х. наук, ведущему научному сотруднику Глазовой З.И. и ст. научному сотруднику Мазалову В.И. (ГНУ ВНИИЗБК) за помощь, оказанную при проведении полевых испытаний и обработке экспериментальных данных.
Литература
1. Ногтиков А., Глотов А., Сазонов Д. Сошник-универсал/Сельский механизатор. - 2000. - № 3. - С.11.
2. Пьяных В.П., Родимцев С.А. Исследование комбинированного сошника дл широкополосного
посева: Сб. научн. тр./ВИМ. - 2003. - Т.147. - С. 158166.
3. Биологизированная энергосберегающая технологи возделывани гречихи. Рекомендации (под общ. ред. В.И. Зотикова). - Орел. 2005. - 19 с.
4. С 1 2238628 ЯИ А 01 С7/20, 7/00. Механизм навески рабочих органов сеялки / Родимцев С.А., Макеев О.В. (Орловский государственный аграрный университет.^ 2003132 009/12; Заявл. 31.10.2003 // Изобретения (Заявки и патенты). - 2004. - № 30. С.234.
5. С 1 2233063 ЯИ А 01 С7/20. Сошник сеялки-
культиватора дл широкополосного посева / Родимцев С.А., Пьяных В.П. (Всероссийский научно-
исследовательский институт зернобобовых и круп ных культур.-№ 20022134 839/12; Заявл. 23.12.2002 // Изобретения (Заявки и патенты). - 2004. - № 21. С.271.
6. С 1 2233062 ЯИ А 01 С7/20. Сошник для ши-
рокополосного посева / Родимцев С. А., Пьяных В.П. (Всероссийский научно-исследовательский институт зернобобовых и крупяных культур.-№ 2002132
342/12; Заявл. 02.12.2002 // Изобретения (Заявки и патенты). - 2004. - № 21. С.271.
7. Отчет ЦЧ МИС № 14-20-2003 (4210102) от 29.11.2003г.
8. ГОСТ 23728-79 - ГОСТ 23730-79 “Техника сельскохоз йственна . Методы экономической оценки”. - М.: Изд-во стандартов, 1979, 15 с.
УДК 631.3-236-035
Ресурсосбережение при замене бронзы на капролон в червячных передачах приводов сельхозмашин
В.И. Молчанов, к.т.н. (ФГОУВПО Орел ГАУ)
Важнейшей задачей машиностроения является создание машин и оборудования с высокими и качественными характеристиками, малой себестоимостью и металлоёмкостью. Решению этой задачи способствует широкое применение в машинах деталей из пластмасс, в частности, червячных колёс. Как известно, в настоящее время, подавляющее большинство червячных передач изготавливается с колёсами, имеющими бронзовый венец (чаще всего, из бронзы Бр 010Ф1). Внедрение в промышленность червячных передач, у которых венец колеса изготовлен не из дорогостоящей оловянной бронзы, а из относительно дешевой пластмассы, является актуальной проблемой.
Однако область применения таких передач огра-ничиваетс относительно невысокой их несущей способностью, лимитируемой дл большинства передач изгибной выносливостью зубьев. Изгибная выносливость зубьев червячных колёс с пластмассовыми колёсами имеет свои особенности. Они недостаточно изучены и не в полной мере учитываютс в существующих методах расчёта и при проектировании передач. Это сдерживает широкое внедрение черв чных передач с колёсами из пластмассы, в частности, из капролона, в машиностроение.
Цель работы1
Разработка методики расчёта зубьев на выносливость при изгибе дл черв чных передач с колёсами из капролона.
Методы1 исследования
При разработке исходных черв ков, уточнённом расчёте минимальной суммарной длины контактных линий, получении формулы дл проверочного расчёта, а также с целью прогнозировани долговечности полимерных зубьев и оценки несущей способности передачи использовались математические моделирование и программирование.
В процессе экспериментальных исследований теоретические предпосылки провер лись с использованием электротензометрировани и пол ризационно-оптического метода при оценке напр жённого состо ни капролоновых зубьев. Проводились усталостные испытани черв чных передач в лабораторных и производственных услови х, в частности, полевые испытания косилки КММ-1,0, привод хода которой содержал черв чную передачу с капролоно-вым колесом.
1. Свойства капролона и определение допус-каемык напряжений
Анализ исследований по усталостной прочности пластмасс показал, что почти все полимеры более чувствительны, нежели металлы, к усталостным явлениям. Коэффициент усталостной прочности большей части термопластов (к = 0\т/0ъ) равен 0,1; для капролона к = 0,2...0,28. Поэтому в качестве материала для червячных колёс, работающих в режиме многократного циклического нагружения, выбран капролон. Зубья капролоновых червячных колёс обладают
