CC BY
20
УДК 631.331
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАБОТЫ НОВОГО ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА С ВИНТОВОЙ КАТУШКОЙ
Н. П. Ларюшин, доктор техн. наук, профессор;
А. В. Шуков, инженер
ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА», т. (8412) 628-517
В статье даны теоретические исследования высевающего аппарата с винтовой катушкой. Получены аналитические зависимости для определения оптимальных значений конструктивно-режимных параметров высевающего аппарата.
Ключевые слова: высевающий аппарат, сеялка, теоретические исследования, катушка с желобками, распределение семян.
Анализ работ, посвященных теории рабочего процесса посева, показывает, что распределение семян по площади питания зависит от равномерности распределения семян в продольном и поперечном направлениях.
С целью получения более равномерных по площади рассева посевов отечественными и зарубежными учеными было создано большое количество высевающих аппаратов для посева зерновых культур. Однако анализ качественных показателей работы различных типов высевающих аппаратов позволяет утверждать, что такое многообразие их конструкций является не показателем высокой степени совершенствования и законченности, а скорее всего является результатом недостаточной полноты их изучения. Следовательно, работа,
проводимая в направлении повышения качественных показателей посева, остается по-прежнему актуальной.
Высевающие аппараты должны отвечать следующим основным агротехническим требованиям: равномерно подавать семена в сошники; обеспечивать устойчивый высев семян по площади рассева, не травмировать семена; бесперебойно высевать семена различных культур, отличающиеся по форме, размерам, состоянию поверхности.
Существующие высевающие аппараты не отвечают в полной мере этим требованиям, при работе они дают пульсирующие потоки семян, отчего равномерность распределения семян по площади рассева ухудшается. Нами предлагается конструкция катушечного высевающего аппарата с
Рис.1. Схема высевающего аппарата: 1 - катушка с винтовыми желобками; 2 - розетка; 3 - вал высевающего аппарата; 4 - клапан; 5 - регулировочный болт; 6 - семенная коробка; 7 - муфта
Нива Поволжья № 4 (13) ноябрь 2009 75
желобками, выполненными по винтовой линии (рис. 1). Высевающий аппарат содержит семенную коробку 6, высевающую катушку с желобками 1, розетку 2, муфту 7, клапан 4. Ребра катушки с желобками 1 выполнены по винтовой линии под углом 20° к осевой линии катушки с желобками 1. Снизу семенная коробка 6 перекрыта подпружиненным клапаном 4, при этом задняя торцевая часть клапана 4 высевающего аппарата выполнена прямоугольной формы, причем линия обреза задней части клапана расположена ниже оси катушки с желобками 1 на 0,6Р катушки. Катушка 1 вставлена в розетку 2, при этом прорези розеток 2 выполнены по форме ребер катушки с желобками 1 и под углом 20° к осевой линии катушки с желобками 1. На вал высевающего аппарата 3 надета муфта 7. В муфту 7 вставлен цилиндрический хвостовик 8. Муфта 7 не может вращаться, но при этом свободно перемещается поперек семенной коробки вместе с катушкой с желобками 1. Подпружиненный клапан 4 снабжен регулировочным болтом 5.
Технологический процесс высева семян зерновых культур с катушечно-винтовым высевающим аппаратом протекает следующим образом. Семена из сменного ящика самотеком поступают в семенную коробку 6 высевающего аппарата и заполняют пространство вокруг катушки 1. Вращаясь, катушка 1 перемещает семена, запавшие в желобки, и часть семян активного слоя, не попавшие в желобки, но расположенные вблизи ее ребер, в нижнюю часть семенной коробки 6 и сбрасывает их в конце клапана 4 в воронку семяпровода, причем не пульсирующе-порционно, а плавно и непрерывно за счет того, что ребра желобков катушки 1 выполнены по винтовой линии, при этом задняя торцевая часть клапана 4 высевающего аппарата выполнена прямоугольной формы, причем линия обреза задней части клапана расположена ниже оси катушки 1. При работе, а также продольном перемещении катушки 1 во время регулировок зерно не высыпается из семенной коробки за счет розетки 2, прорези которой выполнены по форме ребер катушки 1. Зазор между клапаном 4 и катушкой 1 устанавливают с помощью регулировочного винта 5 в зависимости от размеров высеваемых семян. При регулировке нормы высева семян катушку 1 вводят внутрь семенной коробки 6 путем перемещения катушки 1 с валом 3 в осевом направлении с одновременным прокручиванием вала 3 по ходу наклона ребер. Норму высева регулируют также путем изменения
частоты вращения катушки 1 высевающего аппарата.
Так как данный высевающий аппарат при высеве семян применен впервые, то задачей теоретических исследований явилось изучение процесса работы высевающего аппарата зерновой сеялки.
Рассмотрим силы, действующие на отдельно взятое семя при работе винтовой катушки. На него действуют следующие силы: вес семени Р, сила трения семени по поверхности желобка Ртр, сила инерции семени Рин, реакция N от воздействия желобка катушки высевающего аппарата на семя.
Для нахождения угла наклона а желобков катушки рассмотрим уравнения равновесия действия сил в проекциях на оси ОХ и ОУ (рис. 2), которые будут иметь следующий вид:
(1)
- N • sina + Fmp • cosa = 0 ,
-P + Рц + N • cosa + Fmp sin a = 0 . (2)
У
•Pit
~J_ —-— Fmp
^...... Л У р
\р
Рис. 2. Схема сил, действующих на семя, находящееся в желобке винтовой катушки
Из уравнения (1) определим реакцию N от воздействия желобка катушки на семя:
F •cos a
N = -т-. (3)
sin a
После некоторых преобразований уравнения(3) получим:
N • f • cosa
N = -
sin a
(4)
где f - коэффициент трения семени о желобок катушки.
Из уравнения (4) имеем:
cos a = 1 sin a f ' 1
ctga = f, tga = f .
(5)
(6) (7)
Из уравнения (7) найдем угол наклона а желобков катушки, необходимый для
обеспечения нормального технологического процесса работы высевающего аппарата:
а = . (8)
Так как коэффициент трения семян пшеницы по стали равен f = 0,364, то угол наклона желобков катушки будет равен а = 20°.
Определяем количество семян, высеваемых при одном полном обороте катушки. При полном обороте колеса, когда сеялка передвинется на расстояние лй, каждой катушкой будет высеяно т1 -л-В . или Н-л-В . Количество семян, высеваемых катушкой при одном полном обороте её, будет [1]:
т1 -л-В М - а -л-В
Н =
г 1000 -г
/и1 - л- В _М - а -л- В
(9) (10)
г г -8
где М - норма высева, кг/га; а - размер междурядья, м; й - диаметр ходового колеса, м; 5 - средний индивидуальный вес 1000 семян, г;
I - передаточное число от ходового колеса на вал высевающего аппарата,
п„
г = ■
п„
п
- частота вращение катушки, мин
пкол - частота вращения колеса сеялки, мин-1;
¡лх - количество семян, высеянных при одном полном обороте катушки, шт. на 1 оборот катушки;
т1 - количество семян, выбрасываемых на каждый погонный метр бороздки, при заданной норме, шт.
Или сокращенно:
т0 - г = т1 -л-В = М 0, (11)
Но - г =И1 -л В = М0 .
(12)
Рассмотрим более подробно величины, входящие в эти равенства.
Диаметр В колеса сеялки устанавливается из условий перекатывания сеялки по пашне и ряда общих конструктивных соображений, связанных с размерами рамы, размещением сошников, высевного ящика и т. п. В существующих конструкциях сеялок культиваторов типа ССВ-3,5 диаметр колеса различается мало и определяется величиной В = 0.750м .
Поэтому величину В следует рассматривать как заданную.
Что касается величины т1 (или н1 ), то она также является заданной и определя-
ется нормой высева, междурядьем, т. е. агротехническими требованиями. Таким образом, правая часть в равенствах (11) и (12) выражается вполне определенной заданной величиной М0 или М0'.
Искомыми величинами являются две: т0 (или н0) и г .
Для определения их необходимо еще одно дополнительное условие, которое, очевидно, должно быть связано с конструкцией самого прибора, осуществляющего выбрасывание.
Если обозначить объемный вес семян через у, т. е. вес 1 дм3 в килограммах или
вес 1 см3 в граммах, то отношение = У0
Г
представляет объем, занимаемый семенами в количестве М0 , г.
В этом случае будем иметь:
т0 -г = 7-V. (13)
Если учесть, что объем винтовой катуш-
ки (рис. 3) находится как ¥в =
Б-1
, т. е.
С08 а
увеличивается по сравнению со стандарт-
1
ной катушкой на величину
, то ура-
С0Ба
внение (13) перепишется в следующем виде:
V V
т0 = у - — = у--с— = у -Vв,
г С0Б а
(14)
V
где — = V - определяет рабочий объем
г
3
стандартной катушки, см ;
Ve - рабочий объем винтовой катушки,
3
см3.
Следовательно, равенство (14) примет
вид:
V
С0Ба
-г = V,,
(15)
где Vв - объем, занимаемый семенами в
3
винтовой катушке в количестве М0, см .
Рис. 3. Схема винтовой катушки
Нива Поволжья № 4 (13) ноябрь 2009 77
Отметим, что Уе в данном случае является объемом, какой приходится на семена, выброшенные винтовой катушкой за один полный оборот, причем этот объем Уе определен по объемному весу семян в общей их массе. При этом объем, который занимают высеянные семена (ц0) в самом аппарате, может быть несколько иной, в зависимости от формы рабочих элементов катушки, а также других обстоятельств, влияющих на расположение семян в семенной коробочке; так, например, принужденное перемещение семян может привести к некоторому уплотнению их в семенной коробочке и, следовательно, изменить объемный вес.
Имея величину приведенной толщины С активного слоя, нетрудно выразить рабочий объем катушки Уе, вытекающих из общих условий через размеры самой катушки.
В самом деле, приведенная толщина слоя С обусловлена скоростью семян, одинаковой с окружной скоростью катушки; следовательно, объем семян, выброшенных за один оборот катушки, определится объемом Уж желобков и объемом Уак активного слоя:
= Уж + Уак. (16)
Если £ - площадь сечения каждого желобка и г - число желобков катушки, то
К„ = -
z ■ S ■ L
cosa
(17)
При условной скорости семян ис = икат объем семян, проходящих через сечение а (рис. 4) активного слоя в одну секунду, равен:
С ■ Ь -и
К« =■
cosa
(18)
Если катушка вращается со скоростью п мин-1, то объем семян, проходящих в активном слое за один оборот катушки, будет равен:
К„ = -
60
C ■ L ■и
60
cosa
(19)
где — = т - время одного оборота катушки
в секунду.
Принимая во внимание, что ишт =
п d ■ n 60
получим:
К« =
п d ■ C ■ L
(20)
cosa
Следовательно, рабочий объем катушки, если его выразить через её размеры, определится так:
z ■ S ■ L п d ■ C ■ L К =-+-
cosa
cosa
= (z ■ S + n d ■ C)-
(21)
cosa
Эта формула выражает зависимость рабочего объема Уе катушки не только от её длины Ь , но и от толщины слоя С , которая, в свою очередь, зависит от Ь согласно формуле:
С = a +
b ■ L
(22)
cosa
Однако вследствие малой величины коэффициента b нарастание C с увеличением L идет очень медленно, что позволяет для данного семени и данной конструкции высевающего аппарата считать приближенно множитель К
К = ( z ■ S d ■ C)
(23)
независимым от Ь . В таком случае рабочий объем катушки будет пропорционален Ь :
n
n
Fe = К- ——, (24)
cos a
что подтверждается опытными данными. Литература
1. Летошнев, М. Н. Сельскохозяйственные машины: Теория, расчет, проектирование и испытание / М. Н. Летошнев. - М.: Л, 1955. - 764 с.
2. Карпенко, А. Н. Сельскохозяйственные машины / А. Н. Карпенко, В. М. Халанский. -М.: Агропромиздат, 1989. - 527 с.
3. Дулов, М. И. Ресурсосберегающие технологии при возделывании озимой
пшеницы в условиях лесостепи Среднего Поволжья / М. И. Дулов, О. А. Блинова // Аграрный вестник Урала. - 2008. - № 4. -С. 37.
4. Шадский, В. А. Энергосберегающая основная обработка почвы - залог стабильных урожаев при орошении / В. А. Шадский, В. Е. Кижаева // Вестник СГАУ. - 2008. - № 7. - С. 37.
5. Ларюшин, Н. П. Лабораторные исследования сошника сеялки-культиватора с бороздообразующим рабочим органом / Н. П. Ларюшин, А. В. Мачнев, В. В. Шумаев // Нива Поволжья. - 2008. - № 3. - С. 60-63.
Нива Поволжья № 4 (13) ноябрь 2009 79
