ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫСЕВА И ЗАДЕЛКИ СЕМЯН В ПОЧВУ ПОСЕВНОЙ СЕКЦИЕЙ СЕЯЛКИ С МАГНИТНЫМ ВЫСЕВАЮЩИМ АППАРАТОМ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Анализ представленных данных показал, что добавление улучшителей влияло на показатели качества хлеба. Степень этого влияния зависела от вида улучшителя и от их дозировок.

Так при добавлении улучшителя БИК-альт в количестве от 0,01-0,03%) к массе муки улучшалась пористость хлеба на 1-5% , удельный объем увеличивался на 0,5-1,3 см3/г, по сравнению с контрольной пробой. Улучшились также структурно-механические свойства мякиша хлеба. Сжимаемость мякиша увеличилась на 0,2-33,6%.

При внесении улучшителя АМИЛОКС в количестве 0,02% к массе муки удельный объем хлеба увеличился на 0,9 см3/г, пористость мякиша хлеба - на 4% по сравнению с контроль-

УДК.631Л45.631Л7

ной пробой. Сжимаемость мякиша увеличилась на 23,8%.

Наибольший улучшающий эффект при внесении улучшителя БИК-альт наблюдался в количестве 0,03% к массе муки, при этом удельный объем увеличился на 1,3 см3/г, пористость -на 5%, сжимаемость мякиша - на 33,6% по сравнению с контрольной пробой. Предлагаем использовать улучшитель БИК-альт в количестве 0,03% и АМИЛОКС в количестве 0,02% в качестве эффективных комплексных хлебопекарных добавок. Повышение розничной цены на 1 рубль существенно не влияет на изменение спроса, а дает преимущество для потребителей, так как при этом улучшается качество хлеба.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫСЕВА И ЗАДЕЛКИ СЕМЯН В ПОЧВУ ПОСЕВНОЙ СЕКЦИЕЙ СЕЯЛКИ С МАГНИТНЫМ ВЫСЕВАЮЩИМ АППАРАТОМ

Каскулов М. Х., доктор технических наук, профессор кафедры МСХ

Габаев А. Х., аспирант

ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет имени В.М. Кокова»

THEORETICAL RESEARCHES OF PLANTING AND SEEDING PROCESSES OF THE SOWING SECTION OF SEEDING-MACHINE WITH MAGNETIC SOWING ELEMENT

Kaskulov M. Kh., Doctor of Technical Sciences, Professor in the chair of mechanization of agriculture

Gabaev A. Kh., Post-graduate Student

FSBEIHPE «Kabardino-Balkarian State Agrarian University named after V.M. Kokov»

В статье описана методика процесса высева семян новым высевающим аппаратом с учетом природы взаимодействия постоянного магнита на семена. Приведены результаты теоретических исследований работы бороздообразующего катка. Полученные аналитические зависимости необходимы для оптимизации конструктивных параметров при формировании профиля дна борозды для работы магнитного высевающего аппарата.

Ключевые слова: борозда, сошник, высевающий аппарат, каток.

In this article are described seeding techniques which consider constant magnet interaction on seeds with new sowing element. Results of theoretical researches of furrow-forming calender work are also given here. Received analytical relations are required to optimize structural parameters for the furrow bottom profile formation to let magnetic sowing element work.

Key words: furrow, furrow-opener, seed distributor, calendar.

Главная задача размещения семян - получение максимальной урожайности при минимальных затратах на возделывание культуры. Размещение семян по площади поля можно характеризовать размерами и формой площади питания растений. Оба эти фактора определяются расстоянием между рядками (междурядьем) и расстоянием между семенами в рядке.

Междурядье зависит от способа посева, а расстояние между семенами в рядке является функцией количества семян, высеваемых на единице площади поля [1].

Кроме того, важным вопросом является повышение равномерности высева семян по глубине их заделки во влажную почву.

Эта задача решена нами посредством разработки посевной машины, не имеющей аналогов [2].

В частности, разработано устройство для точного посева семян, содержащее раму и последовательно установленные на ней бороздо-образующий каток с ребристыми выступами, бункер с магнитным высевающим аппаратом и заделывающий рабочий орган.

Методика расчета количества и равномерно высева семян магнитным высевающим аппаратом малоизвестна.

Нами сделана попытка раскрыть механику процесса высева семян новым высевающим аппаратом с учетом природы взаимодействия постоянного магнита на семена сахарной свеклы.

Все вещества состоят из атомов и молекул. Опыты показывают, что все вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются.

[3].

С точки зрения строения атомов и молекул, согласно гипотезе Ампера, в любом теле существуют микроскопические токи, обусловленные движением электронов в атомах и молекулах (рис. 1).

Ье=т -У-Я = 2т -у -Б,

Рисунок 1 - Схема движения заряда

Электроны движутся по круговым орбитам вокруг атома, вследствие чего возникает микро-ток, а мы знаем, что внутри проводника с током существует магнитное поле. Электрон обладает орбитальным магнитным моментом:

Рт=1-Б = е-уБ, где I = е-у, (1)

где:

I - сила тока, А;

Рт - орбитальный магнитный момент, А-м2; у - частота обращения электрона по орбите,

с-1;

е - заряд электрона, Кл; S - площадь орбиты, м2. Кроме того, электрон обладает еще механическим моментом Ье.

(2)

где:

V - скорость движения электронов, м/с;

Я - радиус орбиты, м;

Ье - механический момент электрона, кг-м2/с;

mе - масса электрона, кг.

Из рис. 1 видно, что механический момент и орбитальный магнитный момент противоположны по направлению.

В общем случае магнитный момент электрона (атома) складывается из орбитального и механического (спинового) магнитных моментов, т.е.:

Р =Р +Р

1 а 1 т * 1

(3)

Поэтому различные вещества способны по-разному намагничиваться:

у = .

ЕРа

V

(4)

где:

V - единица объема, м ; Ра - магнитный момент атома, А-м . Магнитное поле характеризуется индукцией магнитного поля (В) или напряженностью магнитного поля (Н) и они связаны соотношением:

В = ¡¡и0 - Н, Тл

(5)

Тогда можем записать, что вектор магнитной индукции В результатирующего поля в магнитике равен сумме магнитных индукций, внешнего поля Во и поля микронов В':

В = Во + В',

где: В'= и - Б0 = и -Н, тогда

В = Во+В' = ¡Н +ио-=ио -(Н + ]), (6)

В слабых полях j=%-H, где х- магнитная восприимчивость вещества.

В =¡0 -Н-(1 + х),

Принимая 1 +х =и, получим: В=ци0 -Н,

(7)

где:

¡ о - постоянная магнитная проницаемость; ¡ - магнитная проницаемость вещества; Н - напряженность магнитного поля, А/м; ¡1 < 1 - диамагнетики; ¡и>1- парамагнетики; ¡¡>1 - ферромагнетики.

Ферромагнетики - это такие вещества, обладающие спонтанной намагниченностью, т.е. они, намагничены даже при отсутствии внешнего магнитного поля, а под действием внешнего магнитного поля намагничиваемость увеличивается.

Ферромагнетики обладают остаточной на-магничиваемостью ](К.. С наличием остаточного намагничивания связано существование постоянных магнитов.

Спонтанное намагничивание связано с наличием у ферромагнетиков малых макроскопических областей - доменов.

При отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты отдельных доменов ориентированы хаотически и компенсируют друг друга, поэтому результирующий магнитный момент ферромагнетика равен нулю и ферромагнетик не намагничен. Внешнее магнитное поле ориентирует по полю магнитные моменты не отдельных атомов, а целых областей спонтанной намагниченности, (рис. 2).

б

Рисунок 2 - Схема направлений магнитных моментов:

а - без поля 3=0; б - во внешнем поле Е^О

Установлено, что ферромагнитными свойствами могут обладать только кристаллические вещества, в атомах которых имеются недостроенные внутренние электронные оболочки с не-скомпенсированными спинами. В подобных кристаллах могут возникать силы, которые вынуждают спиновые магнитные моменты электронов ориентироваться параллельно друг другу, что приводит к возникновению областей спонтанного намагничивания.

Таким образом, ферромагнетизм наблюдается только в кристаллах, которые обладают анизотропией магнитного момента магнитного поля.

Исходя из вышесказанных понятий ферромагнетизма, мы можем прийти к выводу, что дражи-рованные семена сахарной свеклы обладают свойством анизотропии магнитного момента магнитного поля и поэтому имеют способность притягиваться к постоянному магниту [4].

Теперь представим на рисунке 3 схематические силы, которые действуют на дражиро-ванные семена сахарной свеклы.

Из рисунка 3 видно, что уравнение:

R=Fтяж+Fм+Fц+FTр+N=m•a,

является уравнением движения семени, где:

Fм - магнитная сила притяжения, [Н]; Ртяж - сила тяжести;

(8)

Fmp - сила трения;

Fц - центростремительная сила;

N - сила реакции опоры.

Рисунок 3 - Схема сил, действующих на семена сахарной свеклы

а

Центральная сила Рц определяется:

¥ц =4я-у2-т-г,

(9)

где:

г - радиус диска, м;

т - масса семени, кг.

Сила тяжести Fтяж определяется:

Fтяж=mg, (10)

где:

g - ускорение свободного падения тела. Частоту вращения магнитного диска можно определить по формуле:

V = ■

г

(11)

где:

п - число оборотов;

I - время оборота.

На основании полученных теоретических зависимостей можно оценить величину напряженности электростатического поля, требуемого для удержания заряженных частиц на диске, а также выбрать оптимальные параметры конструкции магнитного высевающего аппарата для посева семян сельскохозяйственных культур.

На основе проведенного анализа существующих технологий заделки семян в почву нами предложена новая технология заделки семян с уплотненными дном и стенками, укладка семян на дно борозды и закрытие семян сверху рыхлой почвой. Борозда клиновидной формы выполняется путем смятия почвы на определенную глубину, так как образуется уплотненное дно, имеющее необходимую ширину для хорошего контакта семян с почвой, и уплотненные стенки, наклоненные под определенным углом к дну борозды.

Уплотнение дна борозды вызывает подток влаги и питательных веществ к семенам, что увеличивает их всхожесть. Уплотнение стенок борозды не позволяет почве преждевременно осыпаться и закрывает дно борозды. Закрытие семян сверху препятствует испарению влаги и, вместе с тем, обеспечивает приток воздуха к семенам, что также благоприятно сказывается на испарении влаги [1].

Для осуществления предложенной технологии разработан заделывающий орган к магнитному высевающему аппарату.

Сошник состоит из бороздообразующего катка 1, который по периферии имеет клинообра-зующую форму с усеченным клином (рис. 4).

Бороздообразующий каток 1 шарнирно установлен на оси 2 рамки 3 и прижимается к почве штангой 4 с помощью нажимной пружины 5. Штанга 4 установлена на поводке 6, который шарнирно крепится к раме сеялки.

Рисунок 4 - Схема конструкции и работы сошника

Сзади бороздообразующего катка 1 на рамке 3 смонтирован магнитный высевающий аппарат 7.

Магнитный высевающий аппарат работает следующим образом:

Семена, покрытые ферромагнитным слоем, поступают по семяпроводящему каналу в семя-приемную камеру и прижимаются к кольцевому постоянному магниту.

Далее, при установившемся режиме работы магнитного высевающего аппарата, семена выстраиваются в один ряд внутри кольцевой семя-проводной камеры, так как с приводным валом вращается высевающий диск и кольцевой постоянный магнит, к которому прижаты семена.

Приводной вал, высевающий диск и кольцевой постоянный магнит работают синхронно с осью вращения совместно с лопастным семяс-бра-сывателем. Каждая лопасть семясбрасыва-теля захватывает одно семя.

При дальнейшем совместном вращении лопасти лопастного семясбрасывателя и семени, последнее падает вниз под действием своей силы тяжести по семяпроводящему каналу в почву.

Бороздообразующий каток конструктивно решен со следующими геометрическими параметрами.

Каток имеет цилиндрическую часть радиуса XI и шириной вь и коническую часть с углом конусности а, высотой Нк и шириной в0 (рис. 5 а).

При движении по почве каток образует борозду глубиной ^ за счет смятия почвы, которая при этом испытывает деформацию сжатия [2].

Каток перекатывается на глубину ^ (Ь0=Ьк) под действием тягового усилия Р, а заглубляется под действием вертикальной силы G (рис. 2б).

При этом на каток со стороны почвы действует сила R.

Принимая систему координат Х0У, спроектируем реакцию на оси X и У:

на ось X Rx = Я1х + 2Я2х (12)

п

на ось У Ry = R у + 2R2y,

(13)

где:

Rix, 2R2x - соответствующие реакции на цилиндрической части; R1y,

2R2y - соответствующие реакции на конической части.

Для определения значений реакции R1x и 2R2X М.Н. Летошневым предложены следующие соотношения:

Riy = т q •в

— q • в •д/2тi • h

1.5

0 :

(15)

h—

Rix = q • -f • Bi

(14)

где:

q - коэффициент объемного смятия почвы,

Н/м3 .

Значение вертикальной реакции Rly М.Н. Ле-тошнев определил, решая интеграл (рис. 3).

Д1у =/д • Ъ • в! • ах, (16)

где:

х и к - координаты точки обода катка.

а б

Рисунок 5 - Схема бороздообразующего катка:

а - параметры катка; б - взаимодействие катка и почвы

Рисунок 6 - Схема сил, действующих на цилиндрическую часть катка

Для дальнейшего расчета необходимо уточнить значение реакции Rly. Для это представляем:

h = h0 - т + Tycos в, х =тг sin в Решая интеграл, получим:

(17)

q ■ в ■ t

Rly = q 1 1 (0о - sin в0 ■ cos 0o),

где:

0 - угол обхвата обода катка почвой. Элементарная нормальная реакция:

dRl =q ■h ■вl -dS,

где: dS - элемент длины обода катка,

0

(18)

(19)

(20)

S = 2r1 • sin ^ = tJ 2т1 • ^Jh0 - h Интегрируя выражение получим:

Ri = 2 q • BiV—Ti • ho'5 '

где на коническую часть катка помимо нормальной реакции N действует сила трения FTp (рис. 7), поэтому общая реакция R2 будет:

R2 = N • tg • cosa + N• sin a =

N • sin a

cos

(21)

где: ф - угол трения почвы о каток.

Рисунок 7 - Схема сил, действующих на коническую часть катка

Для практических расчетов можно принять с достаточной степенью точности, что

Я1У« Ш;

Я2у» Я2

Исходя из (3) элементарная горизонтальная реакция на конической части катка:

к2 8т(а+)

х =Ч ■

2

008

(22)

*2 х = яп а^а+ / )ч-

к_0_ 6

(23)

подставляя полученные значения реакции Rly; Я2у, Я1х, Я2х в выражения получим:

*х = Ч ■ кс

к0 ■ , г- ч^о

— + 81П а(/ + tgа) —

(24)

Проинтегрировав выражение получим:

» 242 * у = -3- Ч

1 15 1 I 2 2

в! ■Л/х1 ■к0 +~ ^п а^а + /) ■ 2^х1 ■ И0 (8х1 ■ И0 + 3к0 - 3х1 ) - 1п

-1

+1

Результаты теоретических исследований работы бороздообразующего катка показывают, что полученные аналитические зависимости необходимы для оптимизации конструктивных параметров катка с целью формирования профиля и дна борозды для работы магнитного высевающего аппарата.

Установлены зависимости для определения реакций почвы, действующих на каток при работе, плотности дна борозды, образованной сошником, конструктивных параметров посевной секции и равномерности глубины хода, что важно для энергетической оценки нового заделывающего рабочего органа.

Литература

1. Цимбал А.Г. Некоторые вопросы теории точного высева // Труды Укр. НИИСХОМ. -Вып. 2. - Харьков, 1965.

2. Каскулов М.Х. Прикатывающие устройства к сеялкам // АС № 417950, бюлл. №11. - М., 1974.

3. Трофимова Т.И. Общий курс физики. - М.: Высшая школа, 1990. - 478 с.

4. Басов А.М. Электрозерноочистительные машины. Теория, конструкция и расчет. - М.: Машиностроение, 1968. - 203 с.

5. Каскулов М.Х. Исследование и обоснование параметров сошников сеялок для работы на повышенных скоростях //Труды ВИСХОМ. -Вып. 75. - М., 1973. - С. 118-122.

6. Чичкин В.П. Овощные сеялки и комбинированные агрегаты. Теория, конструкция и расчет. - Кишинев: ШТИНЦА, 1984. - С. 49.

г

1

к

о

г

1

к

о