CC BY
19
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 631.331
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАБОТЫ КОМБИНИРОВАННОГО СОШНИКА ДЛЯ ПОСЕВА МЕЛКОСЕМЕННЫХ МАСЛИЧНЫХ КУЛЬТУР
В. Н. Кувайцев, канд. техн. наук; Н. П. Ларюшин, доктор техн. наук, профессор; И. Е. Карасёв, аспирант; А. В. Шуков, канд. техн. наук, доцент
ФГБОУ ВО Пензенская ГСХА, Россия, т.(8-8412) 62-85-17, е-таП: [email protected]
В настоящее время актуальной проблемой при посеве мелкосеменных масличных культур является повышение равномерности распределения семян по глубине и длине рядка. Рассмотрен один из важнейших факторов, влияющих на равномерность распределения семян мелкосеменных масличных культур по глубине и длине рядка при посеве, - направление семян при высеве их в борозду к передней части сошника, куда осыпь с боковых стенок борозды еще не попала и дно горизонтально. Для этого проведены теоретические исследования движения семян по семенаправителю комбинированного сошника. Получены аналитические зависимости для определения скорости, ускорения и положения семени в любой момент времени с учетом поступательной скорости движения сошника. При соблюдении данных условий семена направляются строго к передней части сошника, в результате чего повышается равномерность распределения семян по глубине и длине рядка, что сказывается на повышении урожайности культуры.
Ключевые слова: посев, мелкосеменные масличные культуры, комбинированный сошник, теоретические исследования, движение семени.
Введение.
При посеве семян мелкосеменных масличных культур одним из важнейших условий является равномерность их распределения по глубине и длине рядка, поэтому важными факторами при заделке семян мелкосеменных масличных культур является копирование поверхности поля в заданных пределах, а также необходимо, чтобы семена направлялись строго к передней части сошника, куда осыпь со стенок борозды еще не попала и дно горизонтально. В результате анализа конструкций различных типов сошников для посева семян мелкосеменных масличных культур было установлено, что посев семян с заданной глубиной и равномерным распределением их по длине рядка возможен за счёт применения комбинированных двухдисковых сошников [1, 2].
Исходя из вышеизложенного и принимая во внимание результаты анализа сош-
ников для посева семян мелкосеменных масличных культур, в Пензенской ГСХА был разработан комбинированный двухдисковый сошник с копирующими и опорно-прикатывающим колесами (Заявка в ФИПС № 2015146573 от 28 октября 2015 года на патент «Сельскохозяйственная посевная машина»).
Исследование движения семян по семянаправителю комбинированного сошника.
Для обеспечения условия расположения семян в посевном ложе в передней части сошника, куда осыпь с боковых стенок борозды еще не попала, при этом дно борозды горизонтальное, необходимо знать кинематические параметры движения семян по семянаправителю с учетом поступательной скорости комбинированного двухдискового сошника [3, 4].
На основании этого были проведены теоретические исследования движения
семени по семянаправителю. На вертикальном участке АВ семянаправителя 3 (рис. 1) на семя с центром в точке О массой т действуют сила тяжести Р и сила сопротивления Я; расстояние от точки А, где у=у0, до точки В равно I.
Рассмотрим движение семени на участке АВ, считая его материальной точкой. Согласно рисунку, на семя действуют силы Р=т^ и Я [5, 6, 7]. Проводим ось г и
составляем дифференциальное уравнение движения семени в проекции на эту ось:
&У, ^^ Су „ „ „
т—-или ту=Р,+Я , (1)
где т - масса семени;
йу
- проекция ускорения на ось г;
- сумма проекций всех внешних
сил на ось г;
уг - проекция скорости на ось г; Рг - проекция силы тяжести Р на ось г; - проекция силы сопротивления Я на ось г.
Семена
Рис. 1. Схема движения семени по вертикальному участку семянаправителя комбинированного сошника: 1 - сошник; 2 - колесо копирующее; 3 - семянаправитель; О1 - центр диска комбинированного сошника; О2 - центр
копирующего колеса комбинированного сошника; Я - сила сопротивления; Р - сила тяжести
Далее находим Р2 = Р=т^,
Я, =-Я=-Ц; подчеркиваем, что в уравнении все переменные силы надо обязательно выразить через величины, от кото-
рых они зависят. Учтя еще, что = ^, получим
2
или
ту —=т^-цу С,
V =£(Ж-у2у
С, т ц
(2)
Введем для сокращения записей обозначения:
к=А п=^.
(3)
т ц
Тогда уравнение (2) можно представить в виде
Су
- (4)
2у-—=-2к(у2 -п). С,
Разделяя в уравнении (4) переменные, а затем беря от обеих частей интегралы, получим
2ус1У , , 0
——=-2кй, и 1п( V -п)=-2к+С1.
V -п
(5)
По начальным условиям [8] при г=0, У=У0, С1=1п(^-п) и из равенства (5) находим
1п( V2 -п )=-2£г+1п( V -п ),
или 1п(к2-и)-1п(^-и)=-2&г .
Отсюда
1п ^2-п)=_2к, и ^-п1=е-2к,
( V2 -п) ( V2 -п)
В результате находим
V =п+(у0)-п)е~2кг (6)
Полагая в равенстве (6) г=1=0,25 м и
заменяя к и п их значениями (3), определим скорость V семени в точке В (у0=5 м/с, число е=2,7):
V = 50-25е=40,7 и V=6,4 м/с. (7)
Полученное значение скорости семени по вертикальному участку семянаправите-ля необходимо для дальнейшего расчета движения семени по наклонному участку семянаправителя, а также для определения траектории движения семени в борозду с учетом поступательной скорости сошника.
Рассмотрим движение семени на криволинейном участке ВС семянаправителя
3 (рис. 2); скорость в точке V на этим участке будет приниматься за начальную скорость V (V = УВ) [9, 10].
Нива Поволжья № 3 (40) август 2016 89
Согласно рисунку 2, на семя действуют
силы Р , N, Ртр и F . Сила F - переменная
величина, равная F=F так как участок ВС - парабола, то F=16sin (4Ц [11, 12, 13].
Рис. 2. Схема движения семени по криволинейному участку семянаправителя комбинированного сошника: 1 - сошник; 2 - колесо копирующее; 3 - семянаправитель; О1 - центр диска комбинированного сошника; О2 - центр копирующего колеса комбинированного сошника
Дифференциальное уравнение движения семени в проекции на ось х и у:
йг
йу
тр
или т—-¡X=mg sina-Fmp +Fx,
йг
(8)
где т - масса семени;
йух
- проекция ускорения на ось х;
Рх - проекция силы тяжести Р на ось х; Nx - проекция силы нормальной реакции N на ось х;
Fmp - сила трения;
Fx - проекция силы Р на ось х;
Fmp = N .
Для определения N составим уравнение в проекции на ось у. Так как ау =0 , получим 0=N-mgcosa , откуда N=mgcosa. Следовательно, Fmp = fmg•cosa ; кроме
того, Fx =16^и(40, и уравнение (8) примет вид
mdVL=mg(sma-f ^а)+^т(4г). йг
(9)
Разделив обе части равенства на т, получим
g(sina-f cosa)=g(sin300 -0,2cos300)=3,2.
Подставим эти значения в выражение (9), получим
dVL=3,2+8sin(4f). (10)
Умножая обе части уравнения (10) на & и интегрируя, найдем V=3,2 г-2шз4 г+С2. В момент начала движения семени из
точки В при t=0 будем иметь =^Б
[14]. Подставляя эти величины в выражение (10), получим
С2 =ув +2^0=6,4+2=8,4. (11)
При найденном значении С2 уравнение (11) примет вид
йх
ух =—=3,2 г-2^(4 0+8,4. (12)
Умножив обе части уравнения (12) на & и интегрируя, найдем
х=1,6 г2 -0^т(4 г)+8,4 г+С3. (13)
При t=0, х=0, С3=0 получим искомый закон движения семени:
х=1,6 г2+8,4 г-0^т(4 г), (14)
где х - в метрах, t - в секундах.
Рассмотрим движение семени от точки С до точки й, расположенной в передней части сошника (рис. 3). На семя действует
сила тяжести О [15]. Составим дифференциальные уравнения движения семени:
тх=0, ту=О. (15)
Начальные условия задачи: при t = 0
х0=0, Ус=0;
х0 =УВ , у0 =°. (16)
Интегрируем дифференциальные уравнения дважды:
х=С3; у=gt+С4;
г 2
х=С3 +С5; y=g-+C4t+C6. (17)
Напишем полученные уравнения (17) для t = 0:
х0 С3; у0 С4; х0 =С5; у0 =С6.
(18)
Рис. 3. Схема движения семени на выходе из семянаправителя комбинированного сошника: 1 - сошник; 2 - колесо копирующее; 3 -семянаправитель; О1 -центр диска комбинированного сошника; О2 - центр копирующего колеса комбинированного сошника;
& - сила тяжести Отсюда найдём, что
С3 =ув
С4=0;
С =0; С=0.
(19)
'5 ^6
После некоторых преобразований получим следующие уравнения проекций скорости семени:
у=&;
Х 0 = ув
г1
X,
=увг+0; у=.
(20)
Найдём уравнение траектории семени при его движении, исключив параметр t из уравнений движения. Определив t из уравнения (15) и подставив его значение в выражение (16), получаем уравнение параболы
А ( х У 2^
у ув)
А "2
В момент падения семени у=Г>, х=1 (рис. 1). Определяя I из уравнения траектории, найдем
Н-2-у1
20-2-16,8 уравнение
8,2 см. (22)
ХСп
I=х=
А
Используя уравнение движения =ув-г , найдём время t движения семе-
(23)
ни от точки В до точки С:
г х
V
После подстановки истинных значений составляющих выражения (23) получим
8,2 „ /=—=2с. 4,1
Скорость семени при падении найдём через проекции скорости на оси координат
X=УВ,у=Аг по формуле
У=у1 X 2 + у 2. (24)
Для момента падения семени t =2с:
Подставляя значения выражения (25), получим
V =20,4 м / с.
(25)
составляющих
Пользуясь уравнением (25), можно найти скорость, ускорение и положение семени в любой момент времени с учетом поступательной скорости движения сошника.
Вывод.
Теоретическими исследованиями установлены аналитические зависимости для определения скорости, ускорения и положения семени в любой момент времени с учетом поступательной скорости движения комбинированного сошника при посеве мелкосеменных масличных культур.
Литература
1. Проблема посева масличных мелкосеменных культур / В. Н. Кувайцев, Н. П. Ларюшин, И. Е. Карасев и др. // Научно-информационное обеспечение инновационного развития АПК: материалы VII междунар. науч.-практ. конф. - М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2014. - С. 466-470.
2. Ларюшин, Н. П. Оценка качества посева мелкосеменных культур / Н. П. Ларюшин,
A. А. Пяткин // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сборник материалов всероссийской научно-практической конференции. - Пенза: РИО ПГСХА, 2010. - С.116-118.
3. Посевные машины. Теория, конструкция, расчет / Н. П. Ларюшин, А. В. Мачнев,
B. В. Шумаев и др. - М.: Росинформагротех, 2010. - 292 с., ил.
4. 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.
5. Сборник задач по теоретической механике: учеб. пособие для студентов технических вузов / Н. А. Бражниченко, В. Л. Кан, Б. Л. Минцберг, В. И. Морозов; под ред. Н. А. Бражниченко. - 4-е изд., испр. - М.: Высш. шк., 1986. - 480 с.: ил.
Нива Поволжья № 3 (40) август 2016 91
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. Кленин, Н. И. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины / Н. И. Кленин, В. А. Сакун. -М.: Колос, 1994. - 751 с.: ил.
8. Теоретическая механика в примерах и задачах. T. II. Динамика / М. И. Бать, Г. Ю. Джанелидзе, А. С. Кельзон. - 7-е изд., перераб. - М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1985. - 560 с.
9. 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; М-во сельского хоз-ва Российской Федерации, ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА». - Пенза, 2012.
10. 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.
11. Лурье, А. Б. Расчет и конструирование сельскохозяйственных машин / А. Б. Лурье, А. А. Громбчевский. - Л.: Машиностроение, 1977. - 528 с.
12. Ларюшин, Н. П. Комбинированный сошник для посева мелкосеменных культур / Н. П. Ларюшин, А. А. Пяткин, А. В. Поликанов // Молодежная наука 2011: технологии, инновации: материалы всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. Ч. 3. - Пермь: Пермская ГСХА, 2011. - С. 74-76.
13. Ларюшин, Н. П. Конструкция комбинированного сошника для посева мелкосеменных культур / Н. П. Ларюшин, А. А. Пяткин, А. В. Поликанов // Инновационные идеи молодых исследователей для АПК России: сборник материалов всероссийской научно-практической конференции. Том 1. - Пенза: РИО ПГСХА, 2011. - С. 292-294.
14. Ларюшин, Н. П. Конструкция сеялки-культиватора ССВ-3,5 с приспособлением для посева семян трав / Н. П. Ларюшин, А. А. Пяткин, А. В. Поликанов // Нива Поволжья. - 2011. - № 3. -С. 75-79.
15. Ларюшин, Н. П. Лабораторные исследования комбинированного сошника с параллело-граммной навеской и полозьями с упругими элементами / Н. П. Ларюшин, А. А. Пяткин, А. В. Поликанов // Фундаментальные исследования. - 2012. - № 3. - С. 98-103.
UDK 631.331
THEORETICAL STUDY OF TECHNOLOGICAL PROCESS OF A COMBINED OPENER FOR SOWING SMALL-SEEDED OILSEED CROPS
V.N. Kuvaitsev, candidate of technical sciences; N.P. Larushin, doctor of technical sciences, professor;
I.Ye. Karasyov, post graduate; A.V. Shukov, candidate of technical sciences, assistant professor
FSBEE HE Penza SAA, Russia, telephone; (8-8412) 62-85-17, e-mail: [email protected]
The article deals with solving the urgent problem to increase the uniformity of seed distribution in depth and the length of the row when sowing small-seeded oilseed crops. The authors examined one of the most important factors influencing uniformity of distribution of seeds of small-seeded oilseed crops in the depth and length of row at seeding, namely, the direction of seeds when sown to the furrow to the front part of the opener where the scree from side walls of the grooves have not yet reached the bottom horizontally. To do this, a theoretical study of the movement of seeds in seed directing mechanism of the opener was carried out. Analytical dependences for determining the velocity, acceleration and position of the seed in any time, taking into account the translational velocity of movement of the opener, were obtained by the authors. Subject to compliance with these conditions, the seeds are directed strictly to the front part of the opener, resulting in increased uniformity of seed distribution in depth and the length of the row, which contributes the increase of crop yield.
Key words: sowing small-seeded oilseed crops, combined opener, theoretical study, the movement of seed.
References:
1. The problem of sowing small-seeded oilseed crops / V. N. Kuvaytsev, N. P. Larushin, I. Ye. Karasev et al. // Scientific and informational support of innovative development of agriculture: materials of VII Intern. scientific-practical conference. - M.: FSBSI "Rosinformagrotech", 2014. - P. 466-470.
2. Larushin, N. P. Evaluation of the quality of sowing small-seeded crops / N. P. Larushin, A. A. Pyatkin // Contribution of young scientists in innovative development of agrarian and industrial complex of Russia: proceedings of All-Russian scientific-practical conference. - Penza: EPD PSAA, 2010. -P. 116-118.
3. Sowing machines. Theory, design, calculation / N. P. Larushin, A. V. Machnev, V. V. Shumayev et al. - M.: Rosinformagrotech, 2010. - 292 p., illustr.
4. Yablonsky A. A. Course of theoretical mechanics. Part II. Dynamics: textbook for technical universities. - 6th ed., Rev. / Yablonsky A. A. - M.: Vysshaya shkola, 1984. - 423 p., illustr.
5. Collection of tasks in theoretical mechanics: textbook. a manual for students of technical universities / N. A. Brazhnichenko, V. L. Kan, B. L. Mintzberg, V. I. Morozov; ed. A. Brazhnichenko. - 4th edition, rev. - M.: Vysshaya shkola, 1986. - 480 p.: illustr.
6. Larushin, N. P. Theoretical study of the opener with furrow-forming operating unit / N. P. La-rushin, A. V. Machnev, V. V. Shumayev // Niva Povolzhya. - 2010. - No. 1. - P. 58-61.
7. Klenin, N. I. Agricultural and reclamation machines / N. I. Klenin, V. A. Sakun. - M.: Kolos, 1994. -751 p.: illustr.
8. Theoretical mechanics in exercises and tasks. Part II. Dynamics / M. I. Bat, G. Yu. Janelidze, A. S. Kelzon. - 7-e edition, revised - M.: Nauka, Home edition of physical and mathematical literature, 1985. - 560 p.
9. Larushin, N. P. Theoretical and experimental studies of the process of sowing seeds of grain crops with combined opener of the planter cultivator. Theory, design, calculation: monograph / N. P. Larushin, A. V. Machnev, V. V. Shumayev, Ministry of agriculture of the Russian Federation, FSBEE HPT "Penza state agricultural academy". - Penza, 2012.
10. Larushin, N. P. Theoretical study of the opener with furrow-forming operating unit / N. P. Larushin, A. V. Machnev, V. V. Shumayev // Niva Povolzhya. - 2010. - No. 1. - P. 58-61.
11. Lurie, A. B. Calculation and design of agricultural machinery / A. B. Lurie, A. A. Grombchevsky. -Leningrad: Mashinostroeniye, 1977. - 528 p.
12. Larushin, N. P. Combined opener for sowing small-seeded crops / N. P. Larushin, A. A. Pyatkin, A. V. Polikanov // Youth science 2011: technology and innovations: materials of All-Russian scientific-practical conference of young scientists, postgraduates and students. Part 3. - Perm: Perm state agricultural academy, 2011. - P. 74-76.
13. Larushin, N. P. Design of a combined opener for sowing small-seeded crops / N. P. Larushin, A. A. Pyatkin, A. V. Polikanov // Innovative ideas of young researchers for AIC of Russia: proceedings of All-Russian scientific-practical conference. Volume 1. - Penza: EPD PSAA, 2011. - P. 292-294.
14. Larushin, N. P. The design of the seeder-cultivator CCB-3,5 with a device for planting grass seeds / N. P. Larushin, A. A. Pyatkin, A. V. Polikanov // Niva Povolzhya. - 2011. - No. 3. - P. 75-79.
15. Larushin, N. P. Laboratory studies of the combined opener with parallelogram linkage skids with elastic elements / N. P. Larushin, A. A. Pyatkin, A. V. Polikanov // Fundamentalnye issledovaniya. -2012. - No. 3. - P. 98-103.
УДК 631.331+631.315.2
КОНСТРУКЦИЯ КАТУШЕЧНОГО ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА ДЛЯ ВЫСЕВА СЕМЯН МАСЛИЧНЫХ МЕЛКОСЕМЕННЫХ КУЛЬТУР
В. Н. Кувайцев, канд. техн. наук; Н. П. Ларюшин, доктор техн. наук, профессор;
С. П. Лысый, аспирант; А. В. Шуков, канд. техн. наук
ФГБОУ ВО Пензенская ГСХА, Россия, т. (8-8412) 62-85-17, e-mail: [email protected]
Рассматривается один из самых важных вопросов посева семян масличных мелкосеменных культур - точность при настройке сеялки на малые нормы высева, что оказывает влияние на равномерность распределения семян по площади рассева, устойчивость нормы высева, урожайность культуры.
Приведены данные о высевающих аппаратах для высева семян масличных мелкосеменных культур и отмечены их существенные недостатки: травмирование мелких семян, пульсирующий высев семян из высевающего аппарата, затруднение установки точной и малой нормы высева семян, большая трудоемкость выполняемых работ при переходе на посев другой масличной мелкосеменной культуры, что приводит к неравномерности распределения семян по площади рассева, снижению качества посева, несоблюдению сроков посева, снижению урожайности и повышению себестоимости продукции.
Авторами разработан и изготовлен новый тип катушечного высевающего аппарата, который устраняет вышеописанные недостатки. Катушечный высевающий аппарат установлен на сеялке СЗ-5,4 и испытан при высеве семян масличных мелкосеменных культур в полевых условиях.
Ключевые слова: катушечный высевающий аппарат, равномерность распределения семян по площади рассева, семена.
Введение. Наиболее значимой и тех- посев масличных мелкосеменных культур. нологически сложной операцией является К масличным мелкосеменным культурам
Нива Поволжья № 3 (40) август 2016 93
