CC BY
005.20.01 - ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА _(ТЕХНИЧЕСКИЕ НА УКИ)_
DOI 10.53980/24131997_2021_4_41
С.С. Калашников, канд. техн. наук, e-mail: goodron@yandex.ru Д.Н. Раднаев, д-р техн. наук, доц., e-mail: daba01@mail.ru Бурятская государственная сельскохозяйственная академия им. В.Р. Филиппова, г. Улан-Удэ
УДК 631.3 (07)
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КЛАВИШНОГО РАССЕИВАТЕЛЯ СЕМЯН ДИСКОВОГО СОШНИКА
Особое значение при возделывании зерновых культур имеет процесс посева, так как от равномерного распределения семян на заданную глубину зависят появление одновременных всходов и повышение урожайности. Разработана и запатентована конструкция дискового сошника для полосового безрядкового способа посева зерновых культур, в которой с целью избежания загущенности семян в рядке делительная воронка была замещена на профилеобразователь и рассеиватель семян. Для улучшения равномерности распределения семян цельнометаллический рассеиватель был заменен на клавишный. Для того чтобы обосновать основные параметры клавишного рассеивателя семян, был проведен ряд теоретических исследований с использованием компьютерных технологий. Получены теоретические обоснования основных параметров рассеивателя семян, установленного в междисковом пространстве двухдискового сошника для полосового способа посева зерновых культур
Ключевые слова: посев, сошник, клавиши рассеивателя, диски сошника, рассеиватель.
S.S. Kalashnikov, Cand. Sc. Engineering D.N. Radnaev, Dr Sc. Engineering, Assoc. Prof.
THE ORETICAL JUSTIFICATION OF THE PARAMETERS OF THE KEY SEED DIFFUSER OF THE DISC COULTER
The sowing process is ofparticular importance in the cultivation of grain crops, since the appearance of simultaneous shoots and an increase in yield affects the uniform distribution of seeds in the feeding area at a given depth. The design ofa disc coulter for a strip rowless method ofsowing grain crops has been developed and patented. In which, in order to avoid thickening of seeds in a row, the dividing funnel was replaced by a profile-forming device and a seed diffuser. To improve the uniformity of seed distribution, the all-metal diffuser was replaced with a keyboard one. In order to justify the main parameters of the key seed diffuser, a number of theoretical studies were conducted using computer technologies. Theoretical substantiations of the main parameters of the seed disperser installed in the inter-disc space of a two-disc coulter for the strip method of sowing grain crops were obtained.
Key words: seeding, coulter, diffuser keys, coulter discs, diffuser.
Введение
При возделывании зерновых культур процессу посева уделяют особое внимание, так как от равномерного распределения зерновки на необходимую глубину заделки зависит не только появление одновременных всходов, но и повышение урожайности. Равномерность при распределении семян является одной из наиболее трудновыполнимых задач при осуществлении процесса посева зерновых культур [4].
Для того чтобы повысить урожайность сельскохозяйственных культур в почвенно-кли-матических условиях Республики Бурятия, где существует проблема нехватки влаги и выветривания почвы, необходимо соблюдать агротехнические требования, предъявляемые к посеву,
а именно: зерновка должна равномерно распределяться в засеваемой полосе так, чтобы каждая из них имела площадь питания, приближенную к оптимальной. Это обеспечит одновременные всходы и, как следствие, дальнейшее нормальное развитие растений. На рассеивание семян по площади питания основное влияние оказывают конструктивные особенности рабочих органов посевной машины.
В технологическом процессе рассеивания семян между дисками главную роль играют конструктивные особенности рассеивающего устройства.
Условия и методы
Известна конструкция узкорядного сошника для осуществления посева полосовым способом [2]. В данной конструкции во избежание загущенности зерновки по засеваемой полосе делительная воронка была заменена на профилеобразователь и рассеиватель семян. Для того чтобы повысить равномерность распределения семян, цельнометаллический рассеиватель был заменен на клавишный [1]. Была выдвинута научная гипотеза о зависимости распределения семян от их послеударной скорости [3]. С целью обоснования основных параметров клавишного рассеивателя были проведены теоретические изыскания с применением компьютерных программ.
Результаты и обсуждение
Для эффективного функционирования двухдискового сошника следует определиться с основными параметрами его рабочего органа: длиной, шириной, количеством клавиш рассеи-вателя.
Длина клавиши рассеивателя определяется с учетом траектории движения семенного материала между дисками.
Для предотвращения соударения зерновки о профилеобразователь дальность отлета зерновки Хтах должна быть меньше расстояния до профилеобразователя Ь (рис. 1). Поэтому длина клавиши должна отвечать следующему неравенству:
2V\ ^
а
< Ц (1)
2g - '
где а - угол наклона рассеивателя, рад.; У1 - скорость зерновки после удара, м/с; g - ускорение свободного падения, м/с2.
На дальность отскока семян от распределителя непосредственное влияние оказывает скорость ее полета, зависящая от деформации одной клавиши рассеивателя в сторону направления удара. Раскрыв значение конечной скорости полета зерновки, получим неравенство:
•\2
(^а+УР) 2 ((Уо*Кв*К5д)) ^2а < ^
2g < , () где а - угол наклона рассеивателя, рад.; g - ускорение свободного падения, м/с2; У0 - скорость зерновки перед ударом, м/с; Кв - коэффициент восстановления; Кдд - коэффициент, учитывающий потерю кинетической энергии семени на прогибание клавиши рассеивателя.
Раскрыв и преобразовав выражение (2), получим неравенство, которое определяет значение длины клавиши:
I < Р-:-и-, (3)
ЫКдР
где N - сила удара, Н; Кд - динамический коэффициент; Р - вес семени, кг; То - кинетическая энергия до удара, Дж; I - длина клавиши рассеивателя, м; h - толщина клавиши рассеивателя, м; а - ширина клавиши рассеивателя, м; Но - начальная высота падения зерновки, м; Е - модуль упругости, Мпа; J - момент инерции.
Решив данное неравенство на основе численных значений в системе МаШсаё у.12.0, получим, что длина клавиши будет равна 0,1104 м.
Для обеспечения попадания потока семян непосредственно на рассеиватель его длина по конструктивным особенностям должна быть не менее 0,07 м.
Учитывая конструктивные особенности рабочего органа сеялки, а также опираясь на полученные результаты вычислений, получим, что значения длины клавиши рассеивателя находятся в пределах от 0,07 до 0,11 м.
Для подтверждения выдвинутой научной гипотезы о том, что послеударная скорость полета семян влияет на их равномерное распределение, была выявлена зависимость послеударной скорости семян от основных параметров клавиши рассеивателя:
\У7А
Рисунок 1 - Схема движения семян: 1 - рассеиватель сошника; 2 - профилеобразователь сошника
(4)
где У0 - скорость зерновки перед ударом, м/с; Кв - коэффициент восстановления; Т0 - кинетическая энергия до удара, Дж; Р - вес семени, кг; I - длина клавиши рассеивателя, м; h - толщина клавиши рассеивателя, м; а - ширина клавиши рассеивателя, м; Н0 - начальная высота падения зерновки, м; Е - модуль упругости, МПа.
Найденная зависимость определяет и оптимальное значение модуля упругости материала, при котором будет достигаться возможное снижение послеударной скорости семян. Выбор материала изготовления рассеивателя основывается на значении модуля упругости.
Рисунок 2 - Схема расположения рассеивателя в междисковом пространстве, вид сзади:
1 - диски сошника; 2 - рассеиватель
Минимальная высота, на которую возможна установка рассеивателя кт1П (рис. 2), напрямую зависит от динамической деформации клавиши рассеивателя 5д и ограничивается его числовым значением:
НтЫ > 5д. (5)
Разложив значение 5д на составляющие в формуле (5), получим неравенство:
^»>1$ («) где Кд - динамический коэффициент; Р - вес семени, кг; I - длина клавиши рассеивателя, м; Е - модуль упругости, Мпа; J - момент инерции.
Решая неравенство с числовыми значениями в программе Mathcad v.12.0, получим высоту кт1П > 0,15431 м.
В связи с конструктивными особенностями сошника максимальное значение будет ограничено и составит ЬгЛп ~ 0,19.
Отсюда следует, что теоретическое значение высоты установки рассеивателя будет находиться в пределах от 0,15 до 0,19 м.
Ширина клавиш (ширина рассеивателя) Ьр ограничивается расстоянием между дисков Ьс. Для эффективной работы сошника необходимо учесть зазоры между рассеивателем и дисками ъ (см. рис. 2).
Следовательно, можем записать неравенство в следующем виде:
Ър<Ъс- 2. (7)
Следует учесть и ограничение максимального зазора z, численно не превышающее ширину одной клавиши. Исходя из этого, получим неравенство:
z < а, (8)
где а - ширина клавиши рассеивателя, м.
Применив формулу момента инерции при продольной деформации, можем установить ширину одной клавиши, которая определится по выражению:
а=^. (9)
Формула для подсчета количества клавиш на одном рассеивателе Кк:
Кк = bi- (10)
Заключение
В проведенной работе получено теоретическое обоснование параметров рабочего органа двухдискового сошника для осуществления посева зерновых культур полосовым способом. Расчеты по представленным в данной статье формулам и неравенствам показали, что для эффективной работы сошника ширина его рассеивателя должна быть 0,0742 м с количеством клавиш, равном 7, при зазоре между ними 0,0031 м, ширине одной клавиши, равной 0,0096 м, при длине 0,07-0,11 м.
Библиография
1. Патент на полезную модель №166528, Российская Федерация, МПК А01С 7/20. Сошник / Д.Н. Раднаев, С.С. Калашников, М.А. Иванов, И.В. Нечаев. - Приоритет от 16.02.2016; опубл. 27.11.2016. - Бюл. № 33.
2. Патент на Изобретение № 2427124, Российская Федерация С1, Сошник / В.В. Тумурхонов, Д.Н. Раднаев, И.Ф. Лобанов, С.Н. Прокопьев. - Опубл. 27.08.2011. - Бюл. № 24.
3. Раднаев Д.Н., Калашников С.С., Калашников С.Ф. Теоретическое обоснование скорости падения семян с учетом деформации рассеивателя дискового сошника // Процессы и машины агроинженер-ных систем: науч.-теор. жур. Вестник БГСХА им. В.Р. Филиппова. - Вып. 2 (43). -Улан-Удэ: Изд-во БГСХА им. В.Р. Филиппова, 2015. - С. 92-95.
4. Раднаев Д.Н., Калашников С.С. Некоторые результаты исследования распределения семян по площади при посеве модернизированным дисковым сошником // Механизация и электрификация: науч.-теор. жур. Вестник БГСХА им. В.Р. Филиппова. - Вып. 2 (39). - Улан-Удэ: Изд-во БГСХА им. В.Р. Филиппова, 2015. - С. 52-57.
Bibliography
1. Patent for utility model N 166528, Russian Federation, IPC А01С 7/20. Soshnik / D.N. Radnaev, S.S. Kalashnikov, M.A. Ivanov, I V. Nechaev. - Priority from 16.02.2016; publ. 11/27/2016. - Bul. N 33.
2. Patent for Invention N 2427124, Russian Federation C1. Soshnik / V.V. Tumurkhonov, D.N. Radnaev, I F. Lobanov, S.N. Prokopiev. - publ. 08/27/2011. - Bul. N 24.
3. Radnaev D.N., Kalashnikov S.S., Kalashnikov S.F. Theoretical substantiation of the seed falling speed taking into account the deformation of the disc opener scatterer // Processes and machines of agroengineering systems: Bulletin of the State Agricultural Academy. - Issue 2 (43). - Ulan-Ude: Publishing house of the Buryat State Agricultural Academy named after V.R. Filippov, 2015. - P. 92-95.
4. Radnaev D.N., Kalashnikov S.S. Some results of the study of the distribution of seeds over the area when sowing with a modernized disc opener // Mechanization and electrification: Bulletin of the State Agricultural Academy. - Issue 2 (39). - Ulan-Ude: Publishing house of the Buryat State Agricultural Academy named after V.R. Filippov, 2015. - P. 52-57.
