CC BY
34
УДК 631.331.52
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЩЕТОЧНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЗАДЕЛКИ ЛУКОВИЦ В БОРОЗДЕ
В. А. Овтов, канд. техн. наук, доцент; П. А. Емельянов, доктор техн. наук, профессор ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ, Россия, т. 8 (8412) 62-85-79, e-mail: Ovtovvlad@mail.ru
А. Г. Аксенов, канд. техн. наук, старший научный сотрудник;
А. В. Сибирев, канд. техн. наук, старший научный сотрудник
ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, г. Москва. Россия, т. 8 (499) 171-43-49, e-mail: sibirev2011@yandex.ru
Одним из основных агротехнических требований при возделывании лука-репки является заделка посадочного материала (лука-севка) донцем вниз, что обеспечивает в дальнейшем равномерный рост и развитие растений и повышение урожайности. Поэтому разработка и внедрение в производство устройств обеспечивающих заделку лука севка донцем вниз является весьма актуальным. Авторами работы предлагается методика расчёта кинематических, режимных и геометрических параметров заделывающего щеточного устройства, позволяющие определить количество пучков ворсин, минимальную частоту вращения заделывающего щеточного устройства в зависимости от скорости движения посадочного агрегата.
Ключевые слова: лук, заделывающее щеточное устройство, посадка, ворс, почва, скорость.
Введение. Получение высоких урожаев зависит от соблюдения агротехнологи-ческих требований к посевным и посадочным работам, которые определяют выполнение технологического процесса посадки [1-4, 18-19]. На производительность луковой сажалки существенное влияние оказы-
вают скорость движения агрегата, способ посадки и заделки, ширина захвата, а также затрат времени на вспомогательные технологические операции развороты и заправку агрегата посевным материалом [5-9]. При реализации схемы рядовой посадки необходимо обеспечить ориентиро-
Нива Поволжья № 1 (46) февраль 2018 103
ванную подачу луковиц в почву донцем вниз и равномерность их распределения вдоль рядка с последующим сохранением первоначального положения при заделке почвой [10-11, 20].
В Пензенском ГАУ разработано заделывающее щеточное устройство, которое после укладки лука-севка на дно борозды, обеспечивает заделку посевного материала с сохранением его первоначального положения донцем вниз и равномерного распределения вдоль борозды, что приводит к повышению урожайности лука-репки (рис. 1) [12, 13].
Заделывающее устройство содержит конические щетки, состоящие из конической обоймы 1, по образующим которой закреплен эластичный ворс 2 (см. рис. 1), у которого жесткость больше модуля сдвига почвы, подготовленной к посадке, а конические щетки устройства расположены под углом к заделывающей борозде. При движении агрегата по полю конические щетки с эластичным ворсом приводятся во вращение навстречу друг к другу и при этом они ворсом захватывают частицы почвы и приваливают луковицы лука-севка, расположенного в борозде, не изменяя их положения после посадки.
Для обоснования геометрических, кинематических и режимных параметров заделывающего щеточного устройства проведены теоретические исследования.
Энергетические и кинематические расчеты щеточных устройств изложены в работах Гусева Л. Н. [14]. Им полученны эмпирические зависимости для определения скоростей вылета частиц, равных скорости концов ворса щетки, предложена методика расчета щеток подметальных машин с ка-
проновым ворсом, по которой предлагается определять силу нормального давления ворса на очищаемую поверхность.
Результаты теоретических исследований. Щеточное заделывающее устройство расположено на некоторой фиксированной высоте и сметает верхний слой почвы. Смысл состоит не в прижатии заделывающего щеточного устройства к почве, а в создании определенной жесткости на изгиб ворса. Заделывающее щеточное устройство состоит из определенных сметающих элементов, представляющих пучки ворса, в которых находятся /щ ворсинок, образуя сжатый пучок, характеризующий сметающую способность щетки и ее жесткость при данной длине полипропиленового ворса определенного диаметра.
Под параметрами сметания разрыхленного слоя почвы понимаются величины, характеризующие процесс сбора почвы с поверхности поля и отбрасывания ее в борозду. Принципиальная расчетная схема работы заделывающего щеточного устройства показана на рисунке 2.
Основные кинематические параметры и режимы работы характеризуют взаимодействие щеточного заделывающего устройства с почвой. Сметающие элементы заделывающего щеточного устройства совершают сложное движение, состоящее из относительно-вращательного вокруг оси щеточного устройства со скоростью и переносно-поступательного со скоростью ум. Различные соотношения скоростей относительного и переносного движений, ха-рактерезуемых кинематическим коэффициентом А, определяют характер траектории движения рабочего органа. Кинематические параметры - окружная скорость
щетки ущ, поступательная скорость сажалки ум и кинематический коэффициент представляющий их соотношение А= / ум, радиус щетки R, число сметающих элементов в плоскости сметания, подача на один сметающий элемент С [15].
Траектория движения рабочего элемента - трохоида на участке контакта его с почвой аппроксимируется дугой вписанной окружности и характеризуется величиной радиуса кривизны г.
Формирование сметаемого слоя почвы происходит путем наложения соседних траекторий движения сметающих элементов щетки с учетом скорости их взаимодействия с почвой и особенностей конструкции.
Основными параметрами сметаемого слоя почвы являются:
- лубина сметания h, характеризуемая величиной максимального заглубления концов ворса щетки относительно поверхности поля;
- толщина сметаемого слоя 5, измеряемая по радиусу кривизны траектории движения г от положения рабочего элемента на линии контакта его почвой.
Глубина сметания и толщина сметаемого слоя почвы - величины переменные, изменяющиеся от 0 до h, их обобщенными характеристиками служат: средняя глубина сметания среднее относительное отклонение Д^ средняя толщина сметаемого слоя почвы бс; среднее относительное отклонение Д5.
Сметающие элементы заделывающего щеточного устройства описывают циклоидальные кривые (трохоиды) и отрывают от поля определенный объем почвы. Этот объем не имеет правильной формы профиля сметаемого слоя и представляет собой совокупность почвенных частиц [15].
Основные кинематические параметры определяются согласно методу построения траектории движения рабочих элементов заделывающего щеточного устройства (рис. 2).
При работе заделывающего щеточного устройства с большой жесткостью ворса радиальная деформация щетки по ворсу очень мала и равна нулю (^=0), а траектория концов ворса сметающего элемента практически не изменяется.
Концы ворса щетки при ^=0 описывают удлиненную циклоиду-трохоиду с уравнениями [15]
х - Н(<р/Л— сову,
где ф = ш^угол поворота щетки;
ш - угловая скорость;
(1)
t - время поворота щетки на угол ф.
Из уравнений (1) следует, что на изменение формы циклоиды оказывают влияние только кинематический параметр Л.
Подача С на один сметающий элемент остается величиной постоянной и определяется по формуле
с -71 °
(2)
где D - диаметр щетки по концам ворса, м.
Заделывающее щеточное устройство работает в режиме сметания, которое характеризуется незначительной высотой оставляемых микронеровностей, при этом длина контакта I > С, а сметаемый слой почвы имеет сечение в форме запятой.
Радиус вращения щетки г определяется по формуле [16]
+ з
где R -свободная длина ворса;
Rб - радиус барабана.
Минимально-допустимое значение частоты вращения щётки пщ вычисляется по формуле [16]
60 ■ Уя
л * г - зту'
4
где ум -скорость агрегатирования сажалки;
Y - угол наклона ворса.
Расстояние между ободом барабана заделывающего щеточного устройства и горизонтальной поверхностью поля
> 0,8 5Н. 5
Значение деформации ворса щётки h определяется по формуле
Л = Д - у*. 6
Количество отдельных ворсин щётки /щ, которое можно равномерно разместить на поверхности барабана щетки, составляет [17]
2 -I-К,
1щ ^-(3-Г
7
где L - длина щетки, м;
Кр - коэффициент, учитывающий характер распределения ворсин по поверхности барабана: шевроном, по спирали, в шахматном порядке (Кр = 2,0-2,5);
dв - диаметр ворсины (для полимерного ворса dв = 0,0022-0,0024 м);
в - угол сектора барабана, в котором закреплённые ворсины касаются очищаемой поверхности, рад;
А - кинематический коэффициент.
Нива Поволжья № 1 (46) февраль 2018 105
Для угла сектора в справедливо выражение
: - ' . ■ I .■ 8
где г - радиус щётки по концам недефор-мированных ворсин, м.
h - деформация ворса, зависящая от его жёсткости и состояния сметаемой поверхности поля, м.
Количество пучков ворсин, размещаемых по окружности барабана щётки заделывающего устройства, должно быть таким, чтобы один из них обязательно находился в контакте с поверхностью поля. Для этого окружная скорость концов ворсин пучка должна быть больше поступательной скорости оси щётки.
Это условие будет выполняться (рис. 2), если , . л ,
-1
где ш - угловая скорость щетки, с ;
вс - угол между продольными осями соседних по окружности пучков ворсин, рад.
Количество пучков ворсин /п, которое можно разместить на поверхности барана щётки заделывающего устройства, рассчитывают по выражению
где сСп - характерный размер пучка ворсин;
Крп - коэффициент, учитывающий характер распределения пучков ворсин по поверхности барабана: шевроном, по спирали, в шахматном порядке (Крп = 4-6) [17].
Выводы. В результате проведенных исследований получены теоретические зависимости, позволяющие определить количество пучков ворсин (/п), минимальную частоту вращения заделывающего щеточного устройства (пщ) в зависимости от скорости движения посадочного агрегата (Ум).
Литература
1. Аксенов, А. Г. Катушечно-вильчатый высаживающий аппарат для ориентированной посадки лука-севка / А. Г. Аксенов, П. А. Емельянов, В. А. Овтов, А. В. Сибирев // Сельскохозяйственные машины и технологии. - 2015. - № 5. - С. 20-25.
2. Овтов, В. А. Обоснование геометрических параметров бункеров луковых сажалок / В. А. Овтов, П. А. Емельянов, А. Г. Аксенов // Тракторы и сельхозмашины. - 2015. - № 6. - С. 19-20.
3. Емельянов, П. А. Ориентированная посадка луковиц / П. А. Емельянов, В. А. Овтов, А. Г. Аксенов // Сельский механизатор. - 2014. - № 4. - С 10-11.
4. Кухарев, О. Н. Энергосберегающие технологии ориентированной посадки сельскохозяйственных культур: дис.... докт. техн. наук / О. Н. Кухарев. - Пенза, 2006. - 417 с.
5. Аксенов, А. Г. Сводоразрушитель в бункере лукопосадочной машины / А. Г. Аксенов,
A. В. Сибирев, П. А. Емельянов, В. А. Овтов // Сельский механизатор. - 2015. - № 9. - С. 16-17.
6. Патент 2613946 РФ. МПК А01С7/00. Дозатор-сводоразрушитель к бункеру луковой сеялки / П. А. Емельянов, В. А. Овтов, А. В. Сибирев. - № 2015144951/15; Заяв. 19.10.15.; Опубл. 22.03.17, Бюл. № 9.
7. Патент 2544631 РФ. МПК А01С7/12. Катушечно-вильчатый высаживающий аппарат для посадки луковичных культур / П. А. Емельянов, А. Г. Аксенов, В. А. Овтов, П. А. Сидоров. -№ 2013130113/13; Заяв. 01.07.13.; Опубл. 20.03.15, Бюл. № 8.
8. Патент РФ № 2562535, МПК А01 С11/02. Сошник для подпочвенного разбросного посева / П. А. Емельянов, В. А. Овтов, А. Г. Аксенов, А. В. Сибирев, Д. М. Матвеев. - № 201406050/13; заяв. 18.02.14; опубл. 10.09.15, Бюл. № 25.
9. Патент 2492615. РФ. МПК А01 С11/02. Пневмомеханический высаживающий аппарат с виб-рационно-ориентирующим питателем для ориентированной донцем вниз посадки лука-севка / П. А. Емельянов, В. А. Овтов, А. Г. Аксенов. - № 2011142657/13; Заявл. 21.10.11.; Опубл. 20.09.13, Бюл. № 26.
10. Емельянов, П. А. Теоретические исследования технологического процесса заделки луковиц лука-севка в борозде дисковым заделывающим органом с почвонаправителями / П. А. Емельянов, А. В Сибирев // Нива Поволжья. - 2014. - № 2. - С. 51-58.
11. Овтов, В. А. Напряженно-деформированный анализ сошника луковой сажалки / В. А. Овтов,
B. С. Носов // Современные научные исследования и разработки. - 2017. - № 4(12). - С. 440-443.
12. Овтов, В. А. Устройство с коническими щетками для заделки луковиц в борозде / В. А. Овтов, П. А. Емельянов // Сельский механизатор. - 2017, № 10. С. 10.
13. Патент № 2613460. РФ. МПК А01 С5/06. Устройство с конической щеткой для заделки луковиц в борозде / П. А. Емельянов, В. А. Овтов, - № 2015146572/13; Заяв. 28.10.15.; Опубл. 16.03.17, Бюл. № 8.
14. Гусев, Л. М. Исследования работы щеточных устройств с цилиндрическими щетками под-метально-уборочных машин / Л. М. Гусев. - Ленинград: МКХ РСФСР, 1968. - 71 с.
15. Михайлов, А. В. Кинематический анализ кассетной щетки для уборки торфа / А. В. Михайлов, А. Н. Васильева // Инновации на транспорте и в машиностроении: сборник трудов IV международной научно-практической конференции. Том II / под ред. В. В. Максарова; отв. ред. В. В. Габов, Н. С. Голиков. - Санкт-Петербург: Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»,
2016. - 176 с.
16. Березюк, О. В. Методика инженерных расчетов параметров навесного подметального оборудования экологической машины на основе мусоровоза / О. В. Березюк // Современные проблемы транспортного комплекса России. - 2016. - Т.6. - № 2. - С. 39-44.
17. Шестопалов К. К. Взаимодействие ворса со сметом и расчет параметров цилиндрической щетки: методические указания / К. К. Шестопалов, С. В. Штефан. - Москва: Ротапринт МАДИ, 2010. -16 с.
18. Kukharev, O. N. The technology of obtaining high-quality seeds of sugar beet / O. N. Kukharev, A. V. Polikanov, I. N. Semov // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. -
2017. - Т. 8. - № 1. - P. 1210-1213.
19. Kukharev, O. N. The technical solution for a laminated coating on a rounded surfaces / O. N. Kukharev, I. N. Semov E. G. Rylyakin Contemporary Engineering Sciences. - 2015. - Т. 8. - № 9. -P. 481-484.
20. Bahnasawy. A. H, Z. A. El-Haddad, M. Y. El-Ansary and H. M. Sorour (2004) Physical and mechanical properties of some Egyptian onion cultivars, Journal of Food Engineering 62, P. 255-261.
UDK 631.331.52
THEORETICAL STUDIES OF THE BRUSHING DEVICE FOR PLANTING ONIONS
IN THE FURROW
V.A. Ovtov, candidate of technical sciences, assistant professor;
P.A. Yemelyanov, doctor of technical sciences, professor
FSBEE HE Penza SAU, Russia, t. 8 (8412) 62-85-79, e-mail: Ovtovvlad@mail.ru
A. G. Aksyonov, candidate of technical sciences, senior researcher;
A. V. Sibirev, candidate of technical sciences, senior researcher
FSBSE FNAC VIM, Moscow, Russia, t. 8 (499) 171 -43-49, e-mail: sibirev2011 @yandex.ru
One of the main agrotechnical requirements in the cultivation of onion is planting seeding material (onion sets) bottom down which provides further uniform growth and development of plants and increases yields. Therefore, the development and introduction of the devices which provide planting onion sets bottom down is very important for the production. The authors proposed a method of calculating kinematic, mode and geometrical parameters of the planting brushing device, which helps to determine the number of bundles of hairs, the minimum frequency of rotation of the planting brushing device depending on the velocity of movement of the planting unit.
Key words: onion, planting brushing device, planting, hair, soil, velocity.
References:
1. Aksenov, A. G. Reel-fork planting unit for oriented planting onion set / A. G. Aksenov, P. A. Yemelyanov, V. A. Ovtov, A. V. Sibirev // Agricultural machinery and technologies. - 2015. - No. 5. - P. 20-25.
2. Ovtov, V. A. Reasoning for geometrical parameters of the bunkers of onion planters / V. A. Ovtov, P. A. Yemelyanov, A. G. Aksyonov // Tractory I selkhozmashiny. - 2015. - No. 6. - P. 19-20.
3. Emelyanov, P. A. Oriented planting onions / P. A. Emelyanov, V. A. Ovtov, A. G. Aksenov // Selsky mekhanizator. - 2014. - No. 4. - P. 10-11.
4. Kukharev, O. N. Energy saving technologies of oriented crop planting: dis.... doctor. tech. sciences / O. N. Kukharev. - Penza, 2006. - 417 p.
5. Aksenov, A. G. Arch destructor in the tank of onion planting unit / A. G. Aksenov, A. V. Siberev, P. A. Yemelyanov, V. A. Ovtov // Selsky mekhanizator. - 2015. No. 9. - P.16-17.
6. Patent 2613946 of the Russian Federation. IPC A01C7/00. Dispenser-arch-destructor to the tank of onion planter / P. A. Yemelyanov, V. A. Ovtov, A. V. Sibirev. - No 2015144951/15; Appl. 19.10.15.; Publ. 22.03.17, bull. No. 9.
7. Patent 2544631 of the Russian Federation. IPC A01C7/12. Reel-fork planting unit for planting onion crops / by P. A. Yemelyanov, A. G. Aksenov, V. A. Ovtov, P. A. Sidorov. No 2013130113/13; Appl. 01.07.13.; Publ. 20.03.15, bull. No. 8.
8. Patent RF 2562535, IPC A01 C11/02. The opener for subsoil broadcast seeding / P. A. Yemelyanov, V. A. Ovtov, A. G. Aksenov, A. V. Sibirev, D. M. Matveyev. - No 201406050/13; Appl. 18.02.14; publ. 10.09.15, bull. No. 25.
Нива Поволжья № 1 (46) февраль 2018 107
9. Patent 2492615. of the Russian Federation. IPC A01 C11/02. Rotor planting unit with vibration-orienting feeder for oriented bottom down planting onion set / P. A. Yemelyanov, V. A. Ovtov, A. G. Ak-senov. No 2011142657/13; Appl. 21.10.11.; Publ. 20.09.13, bull. No. 26.
10. Yemelyanov, P. A. Theoretical studies of the technological process of planting onion sets bulbs in the furrow with disk body equipped with soil directing device / P. A. Yemelyanov, A. V. Siberev // Niva Povolzhya. - 2014. - No. 2. - P. 51-58.
11. Ovtov, V. A. Stress-deformation analysis of the opener of onion planter / V. A. Ovtov, V. S. Nosov // Modern scientific research and development. - 2017. - № 4(12). - P. 440-443.
12. Ovtov, V. A. Device with a tapered brushes to plant the bulbs in the furrow / V. A. Ovtov, P. A. Yemelyanov // Selsky mekhanizator. - 2017, No. 10. - P. 10.
13. Patent No. 2613460. Russian Federation. IPC A01 S5/06. Device with a tapered brush to plant the bulbs in the furrow / by P. A. Yemelyanov, V. A. Avtov, No. 2015146572/13; Appl. 28.10.15.; Publ. 16.03.17, bull. No. 8.
14. Gusev, L. M. Testing the operation of brush devices with cylindrical brush sweepers / L. M. Gusev. - Leningrad: HIC RSFSR, 1968. - 71 p.
15. Mikhailov, A. V. Kinematic analysis of cluster brushes for harvesting peat / A. V. Mikhailov, A. N. Vasilyeva // Innovation in transport and mechanical engineering: proceedings of the IV international scientific-practical conference. Volume II / ed. by V. V. Makarov; editorship of V. V. Gabov, N. S. Golikov. - Saint Petersburg: National mineral resources University "Gorniy", 2016. - 176 p.
16. Bereziuk, O. V. Methods of engineering calculation of parameters of mounted sweeping equipment for ecological machine based on trash truck / O.V. Berezyuk // Present problems of the transport complex of Russia. - 2016. - Vol. 6. - No. 2. - P. 39-44.
17. Shestopalov, K. K. Interaction of the pile with plan and calculation of parameters of cylindrical brush: methodical instructions / K. K. Shestopalov, S. V. Shtefan. - Moscow: Rotaprint MADI, 2010. -16 p.
18. Kukharev, O. N. The technology of obtaining high-quality seeds of sugar beet / O. N. Kukharev, A. V. Polikanov, I. N. Semov // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. -2017. - T. 8. - № 1. - P. 1210-1213.
19. Kukharev, O. N. The technical solution for a laminated coating on a rounded surfaces / O. N. Kukharev, I. N. Semov, E. G. Rylyakin Contemporary Engineering Sciences. - 2015. - T. 8. - № 9. - P. 481-484.
20. Bahnasawy. A. H, Z. A. El-Haddad, M. Y. El-Ansary and H. M. Sorour (2004) Physical and mechanical properties of some Egyptian onion cultivars, Journal of Food Engineering 62, P. 255-261.
УДК 637.2
ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МАСЛОИЗГОТОВИТЕЛЯ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ С РОТОРНО-ЛОПАСТНЫМ РАБОЧИМ ОРГАНОМ
В. С. Парфенов, канд. техн. наук, профессор; Ю. В. Полывяный, канд. техн. наук, доцент;
А. В. Яшин, канд. техн. наук, доцент
ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ, Россия, e-mail: jupolyvyanyy@mail.ru
Из-за сложности гидравлических явлений, протекающих в устройствах при движении в них жидкостей, не всегда возможно теоретическое решение гидравлических задач. Поэтому необходимо проведение экспериментальных исследований на модели маслоизготовителя, выполненной в меньшем масштабе по отношению к промышленным маслоизготовителям. Для объективного воспроизведения в натуру результатов исследований, полученных на модели применяется методика гидравлического моделирования. Важным условием гидравлического моделирования является то, что процессы происходящие в модели и натуре, должны быть подобными.
При проектировании маслоизготовителей периодического действия, как для хозяйств с небольшой программой производства, так и для предприятий с большой производственной мощностью, возникает потребность создания устройств с требуемой производительностью.
В статье приведены результаты гидравлического моделирования маслоизготовителя периодического действия с роторно-лопастным рабочим органом для хозяйств с небольшой программой производства.
Ключевые слова: маслоизготовитель, моделирование, ротор, лопасть, сливки.
Введение. Гидравлическое моделирование основано на сравнении процессов, протекающих в двух геометрически подобных уст-
ройствах, для которых сходственными принято называть точки, одинаково расположенные по отношению к границам этих устройств.
