CC BY
22
4. Lyandenbursky V.V. Built-in system of diagnostics of vehicles with diesel engine / V.V. Lyan-denbursky, Yu.V. Rodionov, S. A. Krivobok // Avtotransportnoye predpriyatiye. - 2012. - № 11. -P. 45-48.
5. Lyandenbursky V.V. Dynamic system of vehicle maintenance / V.V. Lyandenbursky, A.V. Fe-doskov, P. A. Mnekin // Gruzovik. - 2012. - № 8. - P. 16-19.
6. Arinin, I. N. Diagnostics of technical condition of automobiles / I. N. Arinin. - M: Transport, 1978. - 176 p.
7. Shendrigin, A. S. Methods and technical means of testing internal combustion engines / A.S.Shendrigin, B. S. Naumenko // University science to North-Caucasus region: materials of the X regional scientific-technical conference. - SevKavGTU, 2006. - 193 p.
8. Arinin, I. N. Technical exploitation of automobiles: textbook / I. N. Arinin, S. I. Konovalov, Yu.V. Bazhenov. - 2nd edition. - Rostov na Dony, 2007. - 314 p.
9. Borshenko, Ya. A. Development of a method of diagnostics of automobile diesel engines on uneven rotation of the crankshaft: dis ... cand. of technical sciences / Ya. A. Borshenko. - Tyumen, 2003. - 175 p.
10. Lyandenbursky V.V. Morphological analysis of methods of finding out defects in vehicles / V.V. Lyandenbursky, Yu.V. Rodionov, S. A. Krivobok, P. A. Mnekin // Naukovedeniye: an online journal. - 2012. - № 4 (13). - 84 p.
11. Lyandenbursky V.V. Improvement of computer software of technical exploitation of automobiles / V.V. Lyandenbursky V.V. , A. S. Ivanov. - Penza: psuac, 2012. - 398 p.
12. Lyandenbursky V.V. Probabilistic logic method of founding out defects in automobiles: monograph / V.V. Lyandenbursky, A. I. Tarasov. - Penza: PSUAC, 2013. - 220 p.
13. Gabitov, I. I. Information-measuring complex for examining fuel injection systems of automotive diesel engines. The improvement of exploitation parameters of engines, tractors and automobiles / I. I. Gabitov, A.V. Negovora, M. D. Gafurov // collection of scientific papers of seminar of CIS countries. - CPb.: CPbSAU, 2000. - 118 p.
14. Danilov, S. V. Method and digital device for the automated determination of the cycle fuel injection during regulation of fuel equipment of diesel engines: dis. ... cand. the techn.sciences / S. V. Danilov. - M, 2010. - 125 p.
15. Dolgushin, A. A. Operational control of the technical state of the fuel equipment of diesel engines: dis. ... cand. techn. sciences / A. A. Dolgushin. - Novosibirsk, 2004. - 121 p.
УДК 631.331
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СОШНИКА СО СВОДООБРАЗОВАТЕЛЯМИ
В. Н. Кувайцев, канд. техн. наук, доцент; Н. П. Ларюшин, доктор техн. наук, профессор; В. В. Шумаев, канд. техн. наук, доцент
ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», Россия, т. (8412) 628 517, e-mail: shumaev. vasya@yandex.ru
Изложены результаты работы, посвященой повышению качества посева зерновых культур сеялкой-культиватором с сошниками со сводообразователями. Дано описание конструкции и технологического процесса работы сошника со сводообразователями, приведены теоретические исследования технологического процесса его работы. Получены аналитические данные для определения теоретического значения зависимости скорости полёта семян от времени при движении по распределителю семян, дальности полета семян после схода с распределителя и оптимального угла наклона сводообразователя к поверхности рассева. При использовании предлагаемой конструкции сошника с рассчитанными конструктивными и технологическими параметрами повысится равномерность распределения семян по глубине посева, что скажется на повышении урожайности зерновых культур.
Ключевые слова: сошник, сеялка, стрельчатая лапа, распределитель семян, сводо-образователь, семена.
В условиях рыночной экономики научно-исследовательские учреждения сельскохозяйственного профиля ориентированы на разработку и внедрение в производство энергосберегающих технологий воз-
делывания сельскохозяйственных культур. Используя достижения науки, передовой практики и зарубежный опыт энергосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур в настоящее время
Нива Поволжья № 3 (32) 2014 61
позволяет организовать выпуск комплексов машин, обеспечивающих резкое снижение затрат на производство сельскохозяйственной продукции при высоком ее качестве, сохранение плодородия почвы и уменьшение вредного воздействия на окружающую среду. Сегодня во многих регионах имеются промышленные предприятия по производству высокопроизводительной техники для посева. Особого внимания заслуживают комбинированные машины, совмещающие несколько технологических операций за один проход.
Однако сошники существующих сеялок не отвечают требованиям агротехники по обеспечению равномерного распределения семян в подсошниковом пространстве по ширине захвата лапы и по глубине заделки семян. Это ведет к неравномерным всходам, увеличению засоренности поля, снижению качества зерна и урожайности возделываемых культур. Анализ проведенных исследований показывает, что сошники, распределительные устройства которых исключают свободный полет семян на максимальную ширину захвата лапы, неравномерно распределяют семена по площади посева и глубине.
Для повышения равномерности распределения семян и удобрений по площади рассева и глубине их заделки в Пензенской ГСХА разработана конструкция сошника для разбросного посева семян и удобрений (патент РФ № 2399187, МКИ3 А01С 7/20), состоящего из стойки 1 (рис. 1) с семяпроводом 6, стрельчатой лапы 3, закрепленной на стойке посредством болтов крепления 4, башмака 2 и подошвы 5, в задней части которой закреплён распределитель семян 7, прикрытый сводообразо-вателем 8.
Технологический процесс работы сошника для подпочвенного разбросного посева зерновых культур и удобрений протекает следующим образом: при движении сошника стрельчатая лапа 3 заходит в стерневой слой почвы и приподнимает его, при этом упор стрельчатой лапы 3 и криволинейный клин башмака 5 разрезают его, образуя щель благодаря тому, что передние рабочие грани криволинейного клина башмака 5 и стойки 1 выполнены с радиусом скругления г, равным половине диаметра упора стрельчатой лапы 3, за счет чего облегчается сход растительных остатков со стойки 1 и башмака 5.
Почвенный слой без фонтанирования и разрушения движется по стрельчатой лапе 3, при этом благодаря тому, что поверхность контакта башмака 5 с опорной пло-
щадкой стрельчатой лапы 3 эквидистантны, а верхняя плоскость подошвы 2 эквидистантна внутренней поверхности стрельчатой лапы 3 и двум крепёжным болтам 4, устраняется вибрация и возможность деформации стрельчатой лапы 3, при этом подошва 2 выравнивает дно борозды, образуя несколько уплотнённое ложе, и семена по семяпроводу 6 поступают на распределитель семян 7 и равномерно распределяются по дну борозды, при этом почва, продолжая двигаться по стрельчатой лапе 3, поступает на сводообразовате-ли 8, выполненные в виде косынок, расположенные в задней части стрельчатой лапы 3 справа и слева от продольно-вертикальной плоскости симметрии сошника под углом к горизонтальной плоскости, благодаря чему почва плавно закрывает дно борозды и семена не перемешиваются с почвой.
Так как сошник со сводообразователя-ми применен впервые, то задачей теоретических исследований явилось изучение технологического процесса его работы.
Рис. 1. Сошник: 1 - стойка;2 - подошва; 3 - стрельчатая лапа; 4 - винты крепления; 5 - башмак; 6 - семяпровод; 7 - распределитель семян; 8 - сводообразователь
Поскольку процесс истечения семян из бункера через высевающие аппараты и семяпроводы изучен достаточно полно, то целью наших исследований является обоснование движения семени по поверхности распределителя семян (участок АВ (рис. 2)) и после схода их с распределителя (в процессе полёта) до поверхности почвы (участок ВС). В результате теоретического исследования обосновываются конструктивные параметры косынок.
Рис. 2. Схема движения материальной точки М: АВ - участок движения материальной точки М по распределителю; ВС -участок движения материальной точки М после схода с распределителя
Рассмотрим движение семени на участке АВ. Определяем скорость в точке В, полагая, что семя является материальной точкой, при этом по опытным данным было установлено, что в момент выхода семени из стойки семяпровода, соответствующий точке А (рис. 2), семя имело начальную скорость У0=УА = 1,2 м/с. Для определения скорости в точке В составим дифференциальные уравнения движения в проекциях на оси натурального триэдра.
Рис. 3. Схема движения материальной точки М на участке АВ
Пусть семя принятое за материальную точку М (рис. 3), находится на участке АВ. Через точку М проведём оси т и п, при этом
угол ф будет определять угол отклонения радиус-вектора материальной точки М от АО, при этом в начальный момент точка М совпадает с точкой А. Отметим, что к точке М приложены сила тяжести Р и нормальная реакция N.
Дифференциальные уравнения движения материальной точки М в проекциях на оси натурального триэдра в общем виде выглядят следующим образом:
^ , ^-=1 Рк , 0=^ , (1)
Р
где Ут -проекция скорости на направление касательной к траектории; У - модуль скорости; р - радиус кривизны траектории в данной точке; Ет, Еп, ^ - проекции результирующей силы ^ на касательную, главную и бинормальную оси соответственно.
Составим дифференциальное уравнение в проекциях на касательную составляющую:
md-VVL=mgsin(a-p).
(2)
Поскольку проекция скорости Vt на направление касательной к траектории определяется выражением VT=rp, то уравнение 2 примет вид
rpp=gsin(a-p) . (3)
„ .. dp . d(p
Полагая, что pp=—=cp—, уравнение 3
dt dcp
преобразуется к виду
pd(P=—sin(a-p). (4)
dcp r
Решая дифференциальное уравнение 4 и полагая, что в начальный момент вре-
V
мени (в точке А) p=0; p=—, VA = 1,2 м/с,
r
определяем, что угловая скорость материальной точки М будет равна
* 1 44 g p=Л/2—cos(a-p2---cosa . (5)
2r2 r
Приняв Ут=г<р и р=а=900, определяем линейную скорость материальной точки М в точке В:
Ув =72^072 . (6)
Рассмотрим движение семени на участке ВС (рис. 4) в процессе полёта до поверхности почвы. На материальную точку М массой т действует однородное поле силы тяжести, при этом она обладает на-
Нива Поволжья № 3 (32) 2014 63
чальной скоростью VB , направленной горизонтально. Определить уравнения движения точки М, если при ее движении действует сила сопротивления F=aV, где а -коэффициент пропорциональности:
а=3-ж-ц-1, (7)
где п - вязкость воздуха (п = 1810-6 при t = 20 °C); l - средний размер семени (l ~ 2,5 мм); m - масса семени (m ~ 410-4 кг).
Рис. 4. Схема движения материальной точки М на участке ВС
Для определения силы сопротивления воздуха Р определим коэффициент к, равный по модулю силе сопротивления воздуха, приходящейся на единицу массы движущегося тела, при этом скорость семени равна единице и имеет размерность с-1 (к = 0,6...0,8):
k=a.
m
(8)
Тогда сила сопротивления воздуха
Р=кш¥. (9)
Положим, что начало системы координат Оху (рис. 4) расположено в точке В -начальном положении точки М, при этом
ось Oy направлена вертикально вниз, а ось Ox - горизонтально в сторону движения материальной точки М. На точ ку М действуют две силы: сила тяжести P=mg и сила
сопротивления F. Предположим, что скорость точки М имеет положительные проекции, тогда уравнения движения точки М запишутся в виде
mx=Px + Fx =-km Vx =-kmx , (10)
my=Py + Fy =P-km Vy = P - kmy . (11)
Интегрируя дифференциальные уравнения 10,11, найдём их общее решение:
х=С +С2е-к'; y=gt
k k
+C3.
(12)
С целью определения постоянных интегрирования С1,С2,С3 в выражении 12 используем начальные условия для положения материальной точки М в точке В г = 0,
¥х =у/2^+0,72, ¥у=0, х=0, у=0 . В результате решения получим выражение для определения положения семени в любой момент времени:
х-J2rg+0>72 (1-е-*) ,
У=V+
k2 k2
(13)
(14)
Решая совместно уравнения 13 и 14 и исключая из них параметр г, получим зависимость х (у):
k
(15)
С целью определения угла наклона £ сводообразующих косынок АВ рассмотрим схему полета семени (точка М, рис. 5). При
kt
сходе с распределителя Р, установленного на высоте в от поверхности почвы, семя улетает на расстояние х (точка В), при этом для предотвращения удара семени М о сводообразующую косынку АВ, закреплённую на высоте а, истинное значение угла наклона % должно быть меньше или равно теоретическому углу наклона %:
(16)
Теоретический угол наклона
£=аг^—=аг^ -—-, (17)
х ь„„, П711 1
\f2rg+0,72 ^
откуда истинное значение угла наклона % сводообразующей косынки составит:
к
[ V
(18)
При использовании предлагаемого сошника с расчётными конструктивными параметрами сводообразователя повысится равномерность заделки семян по глубине за счёт исключения попадания семян в слой почвы, сходящей со стрельчатой лапы, благодаря сводообразователям (косынкам). Всё это приведёт к повышению урожайности сельскохозяйственных культур и снижению затрат на их производство.
а
Литература
1. Посевные машины. Теория, конструкция, расчёт / Н. П. Ларюшин, А. В. Мачнев, В. В. Шумаев и др. // Международный журнал аграрного образования. - 2010. - № 12. - С. 64.
2. Шумаев, В. В. Повышение качества посева зерновых культур сеялкой-культиватором с разработкой комбинированного сошника: автореф. дис. ... канд. техн. наук / В. В. Шумаев. - Пенза, 2009. - 20 с.
3. Пат. РФ № 2399187, МПК А01С 7/20. Сошник для разбросного высева семян и удобрений / Н. П. Ларюшин; С. А. Сущев; В. В Шумаев и др. // № 2009107438/12; заявлено 02.03.2009; опубл. 20.09.2010, Бюл. № 26. - 9 с.
4. Ларюшин, Н. П. Сеялка сплошного высева с комбинированными сошниками / Н. П. Ларю-шин, А. В. Мачнев, В. В. Шумаев // Тракторы и сельхозмашины. - 2011. - № 2. - С. 11-12.
5. Ларюшин, Н. П. Сеялка с комбинированными сошниками / Н. П. Ларюшин, А. В. Мачнев,
B. В. Шумаев // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2011. - № 5. - С. 9-10.
6. Ларюшин, Н. П. Теоретические исследования сошника с бороздообразующим рабочим органом / Н. П. Ларюшин, А. В. Мачнев, В. В. Шумаев // Нива Поволжья. - 2010. - № 1. - С. 58-61.
7. Ларюшин, Н. П. Теоретические и экспериментальные исследования процесса посева семян зерновых культур комбинированным сошником сеялки-культиватора. Теория, конструкция, расчет: монография / Н. П. Ларюшин, А. В. Мачнев, В. В. Шумаев. - Пенза: РИО ПГСХА, 2012. -125 с.
8. Ларюшин, Н. П. Теоретические и экспериментальные исследования новых рабочих органов сеялки. Теория, конструкция, расчет: монография / Н. П Ларюшин, В. Н. Кувайцев, А. В. Шуков, В. В. Шумаев. - Пенза: РИО ПГСХА, 2013. - 184 с.
9. Шумаев, В. В. Повышение качества посева зерновых культур сеялкой-культиватором с разработкой комбинированного сошника: дис. . канд. техн. наук / В. В. Шумаев. - Пенза, 2009. -139 с.
10. Амиров, М. Ф. Влияние минеральных удобрений на урожайность и качество зерна яровой твердой пшеницы в условиях лесостепи Поволжья / М. Ф. Амиров // Вестник Казанского ГАУ. -2013. - № 3(29). - С. 84-87.
11. Юнусов, Г. С. Исследование работы комбинированного агрегата для поверхностной обработки почвы перед посевом / Г. С. Юнусов, Ю. А. Кропотов, А. В Майоров // Вестник Казанского ГАУ. - 2012. - № 4(26). - С. 91-93.
12. Косолапов, В. В. Результаты экспериментальных исследований посевной секции с опытной сошниковой группой / В. В. Косолапов // Вестник Ульяновской ГСХА. - 2013. - № 2(22). -
C. 106-111.
13. Синеоков, Г. Н. Теория и расчёт почвообрабатывающих машин / Г. Н. Синеоков, И. М. Панов. - М.: Машиностроение, 1977. - 328 с.
14. Теоретические исследования сошника для подпочвенно-разбросного посева с направи-телем-распределителем семян / Н. П. Ларюшин, В. А. Мачнев, А. В. Мачнев и др. // Нива Поволжья. - 2012. - № 4. - С. 32-33.
15. Яблонский, А. А. Курс теоретической механики. Ч. II. Динамика: учебник для техн. вузов. -6-е изд., испр. / А. А. Яблонский. - М.: Высш. шк., 1984. - 423 с., ил.
16. Халигулин, К. З. Ресурсосберегающие технологии возделывания зерновых культур в степных агроландшафтах Республики Башкортостан / К. З. Халигулин, Т. И. Киекбаев, С. А. Лукъянов, И. А. Гайнулин // Достижения науки и техники в АПК. - 2010. - № 1. - С. 38-39.
Нива Поволжья № 3 (32) 2014 65
UDK 631.331
THEORETICAL STUDIES OF OPENER WITH ARCH-MAKERS
V.N. Kuvaitsev, candidate of technical sciences, assistant professor; N. P. Laryushin, doctor of technical sciences, professor V.V. Shumayev, candidate of technical sciences, assistant professor
FSBEE HPT «Penza SAA», Russia, t. (8412) 628 517, e-mail: shumaev. vasya@yandex.ru
The article deals with the results of work connected with raising quality of sowing grain crops with seeder-cultivator equipped openers with arch-makers. The article gives the description of the design and technological work process of the opener with arch-makers, and theoretical studies of its running processes are shown. The analytical data to define theoretical values of the velocity dependence of the flight of seeds on the time when seeds moving in the distributor of seeds, seeds distance after escaping from the distributor and the optimum tilt angle in arch-maker to the surface of spread have been obtained. Using the proposed design of the opener with the calculated design and technological parameters will increase the uniformity of the distribution of seeds at the depth of sowing, affecting the increase of grain yields.
Key words: opener, seeder, sweep, seeds distributor, arch-maker, seeds.
References:
1. Sowing machinery. Theory, design, calculation / N. P. Laryushin, A.V. Machnev, V.V. Shumayev et.al. // International journal of agricultural education. - 2010. - № 12. - 64p.
2. Shumayev V.V. Improvement of quality of grain crops seeder-cultivator with the development of combined opener: Abstract dis. ... cand. of techn. sciences / V.V. Shumayev. - Penza, 2009. - 20 p.
3. Pat. The Russian Federation № 2399187, IPC AS 7/20. The opener for spread sowing seeds and fertilizers / N. P. Laryushin; S. A. Sushchev; V.V. Shumayev etc. // No. 2009107438/12; applied 02.03.2009; publ. 20.09.2010, bul. № 26. - 9 p.
4. Laryushin, N. P. The planter of continuous seeding with combined openers / N. P. Laryushin, A. V. Machnev, V.V. Shumayev // Tractors and agricultural machinery. - 2011. - № 2. - P. 11-12.
5. Laryushin, N. P. Planter with combined openers / N. P. Laryushin, A.V.. Machnev, V.V. Shumayev // Mechanization and electrification of agriculture. - 2011. - № 5. - P. 9-10.
6. Laryushin, N. P. Theoretical research Coulter with furrow-making working body / N. P. Laryushin, A. V. Machnev, V.V. Shumayev // Niva Povolzhya. - 2010. - № 1. - P. 58-61.
7. Laryushin, N. P. Theoretical and experimental studies of the process of planting seeds of grain crops with combined opener of seeder-cultivator. Theory, design, calculation: monograph / N. P. Laryushin, A. V. Machnev, V.V. Shumayev. - Penza: EPD, PSAA, 2012. - 125 p.
8. Laryushin, N. P. Theoretical and experimental studies of new working bodies of the drill. Theory, design, calculation: monograph / N. P Laryushin, V. N. Kuvaitsev, A.V. Shukov, V.V. ShumaYev. -Penza: EPD, PSAA, 2013. - 184 p.
9. Shumayev V.V. Improvement of quality of grain crops seeder-cultivator with the development of combined opener: dis. ... cand. of techn. sciences / V.V. Shumayev. - Penza, 2009. - 139 p.
10. Amirov, M. F. The influence of mineral fertilizers on yield and grain quality of spring durum wheat in conditions of forest-steppe zone of the Volga region / M. F. Amirov // Vestnik of Kazan SAU. -2013. - № 3(29). - P. 84-87.
11. Yunusov, G.S. Testing operation of combined device for the surface treatment of the soil before sowing / G. S. Yunusov, Yu. A. Kropotov, A.V. Mayorov // Vestnik of Kazan SAU. - 2012. - № 4(26). -P. 91-93.
12. Kosolapov, V.V. The results of the experimental studies of the sowing section plow with an experimental opener group / V.V. Kosolapov // Vestnik of Ulyanovsk state agricultural academy. - 2013. -№ 2(22). - P. 106-111.
13. Sineokov, G. N. Theory and calculation of tillage machines / G.N. Sineokov, I. M. Panov. - M: Mashinostroyeniye, 1977. - 328 p.
14. Theoretical studies of the opener for the subsoil widespread planting with a seed distributor / N. P. Laryushin, V. A. Machnev, A. V. Machnev, et.al. // Niva Povolzhya. - 2012. - № 4. - P. 32-33.
15. Yablonsky, A. A. The course of theoretical mechanics. Ch. P. Dynamics: a textbook for technology. universities. - 6th edition, corr. / A. A. Yablonsky. - M: Visshaya Shkola, 1984. - 423 p. with illustr.
16. Haligulin, K. Z. Resource-saving technologies of cultivation of grain crops in steppe of agroland-scapes of the Republic of Bashkortostan / K. Z. Haligulin, T.I. Kiekbaev, S. A. Lukyanov, I. A. Gainulin // Dostizeniya nauki i tekhnini v APK. - 2010. - № 1. - P. 38-39.
