CC BY
11
Вестник Курганской ГСХА №3,2019 Технические науки
УДК 631.332:635.61/.63
А.Н. Цепляев, А.В. Харлашин, М.В. Ульянов, Д.В. Скрипкин
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ДОПУСТИМОЙ СКОРОСТИ ЛОЖЕЧЕК ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА ДЛЯ ПОСЕВА ПРОРОСШИХ СЕМЯН БАХЧЕВЫХ КУЛЬТУР
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ», ВОЛГОГРАД, РОССИЯ
A.N. Tseplyaev, A.V. Kharlashin, M.V. Ulyanov, D.V. Skripkin THEORETICAL STUDIES ON THE DETERMINATION OF ALLOWABLE SPEED OF SPOONFULS OF THE SOWING APPARATUS FOR SOWING GERMINATED SEEDS
OF MELONS AND GOURDS FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION "VOLGOGRAD STATE AGRARIAN UNIVERSITY", VOLGOGRAD, RUSSIA
Алексей Николаевич Цепляев
Alexey Nikolaevich Tseplyaev доктор сельскохозяйственных наук, профессор can_volgau@mail.ru
Александр Владимирович Харлашин
Alexandr Vladimirovich Kharlashin кандидат технических наук harlashin@list.ru
Максим Владимирович Ульянов
Maxim Vladimirovich Ulyanov кандидат технических наук ulyanovmv@mail.ru
Дмитрий Владимирович Скрипкин
Dmitriy Vladimirovich Skripkin кандидат технических наук umka525@mail.ru
Аннотация. При возделывании бахчевых культур каждая технологическая операция важна, и от того, насколько качественно она проведена, будет зависеть урожайность в цепом. При посеве семян серийными сеялками сталкиваются с серьезной проблемой: низкая попевая всхожесть, особенно в засушливые гады, приводит к нерациональному использованию площади поля. В хозяйствах, конечно, стремятся повысить полевую всхожесть за счет применения высококачественных, подготовленных к посеву и обработанных специальными препаратами семян с соблюдением оптимальных сроков посева или используют гнездовой и пункгирно-пнездовой способы посева. Но данные мероприятия не приводят к желаемым результатам, так как повышается себестоимость продукции. Использование проросших семян при посеве бахчевых культур является одним из перспективных направлений совершенствования технологии их возделывания. Разработана конструкция высевающего аппарата, обеспечивающего отбор проросших семян из водно-семенной смеси и точную их подачу в бороздку.
Теоретические исследования направлены на определение окружной скорости ложечек, при которой не будут повреледаться ростки семян. Рассматривается процесс столкновения движущейся ложечки высевающего аппарата с находящимися в покое во взвешенном состоянии в водно-семенной смеси проросшими семенами. Допустимая скорость движения ложечки определялась исходя из условия отрыва ростка от семени и затраченной на этот процесс энергии.
Ключевые слова: высевающий аппарат, ложечка, проросшие семена, маятниковый копер, повреледение ростка.
Abstract. In the cultivation of melons, each technological operation is important, and how well it is carried out will depend on the yield as a whole. When sowing seeds with serial seeders face a serious problem: low field germination, especially in dry years, leads to irrational use of the field area. The farms, of course, seek to increase field germination through the use of high-quality, prepared for sowing and treated with special preparations of seeds in compliance with the optimal timing of sowing or use breeding and dotted-nesting methods of sowing. But these measures do not lead to the desired results, as the cost of production increases. The use of sprouted seeds in the sowing of melons is one of the promising directions of improving the technology of their cultivation. The developed design of the sowing unit, ensures the selection of germinated seeds from the water-seed mixture and the exact flow in the groove.
Theoretical studies are aimed at determining the circumferential speed of spoons, which will not be damaged seed sprouts. The process of collision of a moving spoon of the sowing apparatus with the seeds sprouted in a water-seed mixture at rest in a suspended state is considered. The permissible speed of movement of the spoon was determined based on the condition of separation of the germ from the seed and the energy spent on this process.
Keywords:sowing machine, spoon, sprouted seeds, pendulum coper, damage to the sprout.
Введение. На качество технологического процесса посева проросшими семенами будут оказывать влияние все рабочие органы посевного агрегата: механизмы сошниковой группы, высевающий аппарат и семяпровод [1, 2, 3, 4].
От работы высевающего аппарата во многом зависит качество работы сеялки в целом, так как он, взаимодействуя с посевным материалом, производит штучный или групповой отбор семян из общей массы через определённые промежутки времени.
На наш взгляд, посев бахчевых культур проросшими семенами имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционной технологией [1]. Разработанная конструкция ложечного высевающего аппарата [2, 3, 4] обеспечивает отбор проросших семян из водно-семенной смеси и точную подачу их в бороздку. Но выброс семян в высевное окно при работе данного высевающего аппарата происходил с большой скоростью, что приводило к удару их о стенки уловителя и, соответственно, к отрыву ростков, что снижало полевую всхожесть.
Научный журнал
Вестник Курганской ГСХА
Конструкция ложечного высевающего аппарата с щеточным барабаном [5, 6] исключает вышеуказанный недостаток и в наибольшей степени удовлетворяет требованиям агротехники.
Методика. Рассмотрим технологический процесс разработанного высевающего аппарата в момент прохождения ложечки через водно-семенную смесь (рисунок 1).
т и
Е, =—
Кинетическая энергия после столкновения:
(т, + тс )и2
а - захват семени; б - удар ложечки по росткам Рисунок 1 - Схема процесса прохождения ложечки высевающего аппарата через водно-семенную смесь
При этом возможен вариант, когда семя сразу попадает в ложечку (рисунок 1а) и воздействие её на росток этого семени минимально. Во втором случае (рисунок 16) ложечка при прохождении через водно-семенную смесь может ударяться о ростки семян. Причем данный процесс возможен как при пустой ложечке, так и при заполненной (ложечка с запавшим семенем также проходит какой-то промежуток времени через водно-семенную смесь). Во втором случае возможен отрыв ростка.
Будем считать, что столкновение движущейся со скоростью ип ложечки с ростком семени, находящегося в покое во взвешенном состоянии, будет абсолютно неупругим. Ложечку примем как движущееся тело с массой тл, а массу семени примем тс. Соответственно, скорость ложечки ип до удара о росток будет равняться окружной скорости, а скорость семени равна нулю. После удара ложечка и росток с семенем будут двигаться как одно целое со скоростью и.
Результаты. Скорость после столкновения будет находиться из закона сохранения импульса V • т + V • т = (т + т
и„ ■ т ,
и =
(1)
т, + т
Из закона сохранения энергии следует, что энергия системы до столкновения и после должна быть равна.
До столкновения энергия равна кинетической энергии ложечки. После - сумме кинетической энергии ложечки с семенем и энергии деформации. Энергия деформации и будет характеризовать повреждение ростков:
Е. = ЕП+Е,
1 2 д'
ИЛИ
Е = Е. - а;,
Д 1 2 '
(2)
где Е1 - кинетическая энергия системы до столкновения, Е2 - кинетическая энергия системы после столкновения; Ед - энергия деформации.
Кинетическая энергия до столкновения:
Согласно выражению (2), и, учитывая (1), получим:
т ■ V т
1--).
2 т+т„
Ложечка в случае отрыва ростка проходит расстояние, соответствующее его толщине. Значит, энергия, затраченная на отрыв ростка, определится по формуле:
Е = F ■ Ъ ,
д р 7
(3)
где Е-усилие отрыва ростка, Н; Ь - толщина ростка, м.
Следовательно, энергия, затраченная ложечкой на отрыв ростка от семени, определится по формуле:
/77 • О' 777
1 /77 + /72,.
Таким образом, скорость ложечки при отрыве ростка определится из выражения:
и, -
2 F-b
/77.
т, /77 „ + 7/7
(4)
В данном выражении следует обратить особенное внимание на величину усилия отрыва ростка F, так как методика ее определения более сложная по сравнению с определением остальных величин.
При проведении исследований по определению усилия отрыва ростка от семени он был подвергнут динамической нагрузке. Данные опыты проводились на специально изготовленном приборе - маятниковом копре, который показан на рис. 2. Прибор имеет вертикальную трубу 1, в нижней части которой находятся зажимы 2 для фиксации семени. Труба жестко закреплена на основании 3, которое устанавливается на горизонтальную поверхность. Маятник 4 выполнен в виде тонкого стержня, а благодаря шарниру 5, состоящему из оси и втулки, крепится к верхней части трубы 1. На конце маятника 4 закреплен боек 6. На ось шарнира 4 одета стрелка 7 с небольшим натягом. В верхней части копра имеется упор 8, в который упирается стрелка 7 при обратном ходе маятника. Также имеется шкала 9, по которой определяются углы взвода и взлёта маятника [7].
Принцип работы прибора и методика определения работы, затрачиваемой на повреждение ростка от воздействия на него динамических нагрузок, подробно описаны в [7].
Работа, затрачиваемая на повреждение ростка прибором, определится:
К = QM ■ г {с os рмр - cos ), (5)
где Q — вес маятника, Н;
г-расстояние от точки О до центра тяжести маятника (точка С), м;
А„р -Угол взлета маятника после повреждения ростка;
В -угол взлета маятника при холостом ходе.
Вестник Курганской ГСХА №3,2019 Технические науки J J
8
1 - вертикальная труба; 2 - зажим для семени; 3 - основание; 4 -маятник; 5 - шарнир; 6 - боек; 7 - стрелка; 8 - упор; 9 - шкала
Рисунок 2 - Схема маятникового копра
Маятник, затратив некоторое количество энергии при отрыве ростка, проходит расстояние, соответствующее его толщине. Значит усилие отрыва ростка определится по формуле:
л
^ = -2-, (6)
где Ьр - толщина ростка, м; Г - усилие отрыва ростка, Н.
Соответственно, зная величину Г, выражение (4) с учетом неповреждения ростка можно представить в следующем виде:
2A
f"' f 1 \ тл
V m + m л с J
Выводы. Выражение (7) позволяет определить критически допустимую скорость ложечки при прохождении через водно-семенную смесь без повреждения ростков. Из выражения видно, что скорость зависит от массы ложечки и семени и от работы, затрачиваемой на повреждение ростка, которая определяется экспериментально по предложенной методике с помощью специального прибора - маятникового копра. Используя полученные данные при проведении экспериментов и выражение (5), можно определить работу, затрачиваемую на повреждение ростков.
Испытания высевающего аппаратапоказали, что при посеве оптимальная скорость ложечки находится в пределах V = 0,2...0,3 м/с, при этом повреждения ростков не превышают 1 %.
Список литературы
1 Архипов A.C., Чумаков В.Г. Сеялка зерновая безрядковая // Сельский механизатор. 2004. № 3. С. 9-10.
2 Архипов A.C., Ворокосов И.В., Оплетаев С.И., Чумаков В.Г. Сеялка зерновая безрядковая стерневая / патент на изобретение RUS 2343669 28.05.2007.
3 Комплекс современных модернизированных машин
и их рабочих органов для механизации процессов бахчеводства: монография / А.С. Овчинников, А.Н. Цепляев, М.Н. Шапров, В.Г. Абезин [и др.] / Волгоградский ГАУ. Волгоград, 2018. 228 с.
4 Пат. №2373678 С1 Российская Федерация, А01С 7/16. Дисково-ложечный высевающий аппарат для посева проросших семян пропашных культур/А.Н. Цепляев, А.В. Хар-лашин, В.Г. Абезин; заявитель и патентообладатель Волгоградская ГСХА. № 2008125543/12; заявл. 23.06.2008; опубл. 27.11.2009, Б юл. № 33.
5 Цепляев А.Н.,Харлашин А.В., Русяева Е.Т. Диско-во-ложечный высевающий аппарат // Сельский механизатор. 2009. №4. С. 10.
6 Цепляев А.Н., Харлашин А.В., Цепляев В.А. Теоретическое и экспериментальное обоснование параметров сеялки для посева проросших семян пропашных культур: монография / ФГБОУ ВПО Волгоградский ГАУ. Волгоград, 2014. 172 с.
7 Кульгускин Н.И..Харлашин А.В. Высевающий аппарат // Материалы XXII региональной конференции молодых ученых Волгоградской области. - Волгоград, 2017. С. 141-143.
8 Цепляев А.Н., Харлашин А.В., Цепляев В.А. Ресурсосберегающая почвозащитная технология посева семян пропашных культур в острозасушливых зонах ЮФО // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2018. № 2 (50). С. 331-338.
9 Харлашин А.В. Разработка и обоснование параметров дисково-ложечного высевающего аппарата для посева проросших семян бахчевых культур: дисс... канд. техн. наук. Волгоград, 2010. 158 с.
List of references
1 Arkhipov A.S., Chumakov V.G. Rowless grain seeder// Rural machine operator. 2004. № 3. Pp. 9-10.
2 Arkhipov A.S., Vorokosov I.V., Opletaev S.I., Chumakov V.G. Rowless seed drill seeder / invention patent RUS 2343669 05/28/2007.
3 A complex of modern modernized machines and their working bodies for mechanization of melon farming processes: monograph / A.S. Ovchinnikov, A.N. Tseplyaev, M.N. Shaprov, V.G. Abezin [et al.] / Volgograd State Agrarian University. Volgograd, 2018. 228 p.
4 Pat. No. 2373678 C1 Russian Federation, A01C 7/16. Disk-spoon metering device for sowing germinated seeds of row crops /A.N. Tseplyaev, A.V. Kharlashin, V.G. Abezin; Applicant and patent holder Volgograd State Agricultural Academy. No. 2008125543/12; declared 06/23/2008; publ. 11/27/2009, Bull. Number 33.
5 Tseplyaev A.N., Kharlashin A.V., Rusyaeva E.T. Disk-spoonful sowing apparatus // Rural mechanic. 2009. № 4. P. 10.
6 Tseplyaev A.N., Kharlashin A.V., Tseplyaev V.A. Theoretical and experimental substantiation of the parameters of a seeder for sowing germinated seeds of row crops: monograph / FSBEI HPE Volgograd State Agrarian University. Volgograd, 2014. 172 p.
7 Kulguskin N.I., Kharlashin A.V. Sowing apparatus// Materials of the XXII regional conference of young scientists of the Volgograd region. Volgograd, 2017. Pp. 141-143.
8 Tseplyaev A.N., Kharlashin A.V., Tseplyaev V.A. Resource-saving soil-protective technology for sowing seeds of row crops in acutely arid zones of the Southern Federal District // Bulletin of the Lower Volga Agro-University Complex: science and higher professional education. 2018. №2 (50). Pp. 331-338.
9 Kharlashin A.V. Development and justification of the parameters of a disk-spoon sowing apparatus for sowing germinated seeds of melons and gourds: Diss... Cand. tech. sciences. Volgograd, 2010. 158 p.
