CC BY
49
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 621. 331
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА ДЛЯ ПОДАЧИ ПРОРАЩЕННЫХ СЕМЯН В СЕМЯПРОВОД
А.Н. Цепляев, доктор сельскохозяйственных наук Е.Т. Русяева, кандидат технических наук
Волгоградский государственный аграрный университет
Разработана конструкция сошника с пневматическим семяпроводом, осуществляющая посев проращенных семян бахчевых культур; теоретически определена траектория движения проращенного семени и скорость воздушного потока, обеспечивающая перемещение семени от высевающего аппарата в семяпровод.
Ключевые слова: сошник с пневматическим семяпроводом, разряжение, коэффициент парусности, скорость воздушного потока.
Резко континентальный климат Волгоградской области не позволяет получать ранние урожаи бахчевых культур, поэтому увеличение ранней продукции бахчевых возможно только за счет импорта из стран ближнего и дальнего зарубежья (Узбекистан, Таджикистан, США, Турция, Бразилия и другие).
В связи с использованием различных гербицидов и химических средств, влияющих на получение ранних урожаев, качество ввозимой продукции заметно снизилось. Бахчевые не только утрачивают свои полезные вещества и витамины (соли железа, калия, фосфора, фолиевую и пантотеновую кислоту, пектин), способствующие регулированию многих физиологических процессов в организме, но и становятся опасными для здоровья человека [1].
С целью повышения качества плодов бахчевых культур, и соответственно, уменьшения времени появления дружных всходов, получения ранней продукции, предлагается посев замоченными и проращенными семенами с использованием сошника с пневматическим семяпроводом [3, 2].
Поэтому перед нами стояла задача определения способа перемещения замоченного и проращенного семени от высевающего аппарата по пневматическому семяпроводу до дна борозды без травмирования его ростков.
В лаборатории кафедры «Процессы и машины в агропромышленном комплексе» разработана конструкция сошника с пневматическим семяпроводом (рис. 1), включающая в себя сошник 1, семяпровод 2, имеющий расширительные камеры в верхней и нижней частях, уловитель 3, служащий для приема семян [3, 4].
Семяпровод, применённый в разработанной секции, состоит из нагнетательной трубки 4 и эжектора 5. Сопло эжектора расположено внутри семяпровода таким образом, чтобы оно не выступало в рабочую часть, в которой движутся семена, для исключения повреждений ростков и скопления семян. К тому же сам эжектор расположен в нижней части семяпровода, чтобы предотвратить разгон семян потоком воздуха, что также может повредить их ростки при ударе о дно борозды.
Рисунок 1 - Схема сошника с пневматическим семяпроводом: 1 - сошник; 2 - семяпровод; 3 - уловитель; 4 - нагнетательная трубка;
5 - эжектор; 6 - дисково-ложечный высевающий аппарат; 7 - уплотнитель;
8 - прикатывающее колесо; 9 - рама; 10 - шарнирно-рычажная система
Рабочий процесс происходит следующим образом. От компрессора трактора через ресивер и регулирующий кран сжатый воздух подаётся в нагнетательную трубку эжектора. При этом в верхней части семяпровода, которая соединена с высевным окном дисково-ложечного высевающего аппарата, создаётся разряжение. В нижнюю часть семяпровода, которая связана с сошником, идёт поток воздуха от сопла эжектора. Семя, выброшенное ложечкой в уловитель, под действием силы тяжести и потока воздуха направляется по семяпроводу к высевному окну, подхватывается усиливающимся потоком и транспортируется в сошник и бороздку.
Выброшенное ложечкой семя перемещается по некоторой траектории в сторону уловителя. Траектория, по которой перемещается семя, представляет собой некоторую кривую, описанную параболической функцией [2]. Схема сил, действующих на семя при его перемещении, с учетом сопротивления воздуха представлена на рисунке 2.
У
Рисунок 2 - Схема к определению скорости воздушного потока, обеспечивающего захват семени
Представим силы, действующие на семя: mg - сила тяжести; а0 - угол отрыва семени от поверхности ложечки; Fp - сила от действия воздушного потока; FB - сила сопротивления воздуха.
Спроектируем указанные силы на касательную и нормаль к траектории и представим их в виде дифференциальных уравнений:
v2 m
m— = mg ■ cos«; (1)
P
dV ■ 77
m— = -mg ■ sin«- bp, (2)
da
где p - радиус кривизны траектории, равный:
da /-зч
P = -~TV- (3)
dt
Сила разряжения Рр = Кп ■ шор, где КП - коэффициент парусности проращенного семени [5, 6],
K П =
Ka7■Sm
mg
где Ка - коэффициент аэродинамического давления; у - удельный вес воздуха, кг/см3; SM - площадь миделевого сечения, м2; mg - вес семени, Н.
Перепишем уравнения 1 и 2 с учетом значений сил.
m —- = -mg ■ cos a; (4)
P
dV is 2 í
m— = -mg■ sina + Knmvp. (5)
dt
Оба полученных уравнения разделили на «m»:
da ^
-va— = -g ■cosa; (6)
dt
dva „ 2
—a = -g ■ sin a + KnVp. (7)
dt
Из уравнения 6 выразим «dt» и подставим в уравнение 7:
dt = Vada ; (8)
g ■ cos a
dv ■ g■ cosa . ,
a g =-g ■ sin a + KnVp; (9)
vada
dVa = (-g ■ sina+ KnVD * Va .
da g ■ cos a
dva - g ■ sin a- da + Kn vp ■ da
(10)
(11)
va g ■ cos a
Для определения скорости движения воздуха при захвате семени проинтегрируем полученное выражение (11)
rdv f-g■ sina^da + ■vl ■ da
Г a -J J П P (12)
va g ■ cos a
Для последующего вычисления скорости воздуха для захвата семени поставим пределы интегрирования. Для этого примем условие, что семя отрывается от поверхности ложечки со скоростью иа под углом а0, а от действия воздуха его скорость изменяется до ир, а следовательно, угол «ао» изменяется до 0.
Перепишем выражение (6) и поставим пределы интегрирования
'dv„
J-g■ sina-da + JKn -vp ■ da
2-a-. (13)
g■cos a
Приведем полученное выражение к более рациональному для интегрирования
u„ Ua
виду:
J= J-tga ■ da + J
U Ua
Kn ■uj ■ da g ■ cos a
(14)
Перед первым слагаемым полученного выражения (14) стоит знак минус, поэтому поменяем местами первое и второе слагаемые:
Г dua = г J u J
Kn ■Up ■ da
g■ cos a
J tg ■ da
Проинтегрируем полученное выражение:
,,, 1 Kn ■ up . 1 + sin a ,, |
lnu =----ln--ln cos a
1 1 2 g 1 - sina 1 1
(15)
(16)
Представим полученное выражение в виде уравнения показательной функции:
е" = 1. П '"р . еесо*а (17)
2 Е
Из полученного уравнения (11) определим ир:
up =
(eu + ecosa),
g
1+sin s
0,5Kn ■ e1-sina
(18)
0
0
и
0
0
и
a
a
На основании вышеизложенного можно сделать следующий вывод: скорость воздушного потока, обеспечивающая захват семени, зависит от коэффициента парусности КП проращенного семени и угла отрыва а0 семени от поверхности ложечки.
Библиографический список
1. Абезин, В.Г. Ресурсосберегающая почвозащитная технология механизированного возделывания и уборки бахчевых культур [Текст]: учебное пособие / В.Г. Абезин / Калм. гос. ун-т. - Элиста, 1993. - 120 с.
2. Комплексная механизация бахчеводства на основе инновационных технологий [Текст] / А.Н. Цепляев, В.Г. Абезин, М.Н. Шапров, В.А. Цепляев // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2008. -№4 (12). - С. 172-177.
3. Цепляев, А.Н. Модернизированный сошник для высева семян бахчевых культур [Текст] / А.Н. Цепляев, Е.Т. Русяева // Сельский механизатор. - 2009. - №5. - С. 8.
4. Цепляев, А.Н. Исследование работы сошника для высева проращенных семян бахчевых культур [Текст] / А.Н. Цепляев, Е.Т. Русяева // Новые направления в решении проблем АПК на основе современных ресурсосберегающих, инновационных технологий: материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 65-летию Победы в Великой Отечественной войне, Волгоград 26-28 января 2010 г.- Волгоград, 2010. - Том 3.- 340 с.
5. Цепляев, А.Н. Оптимизация конструктивных параметров пневматического сошника для посева проращенных семян бахчевых культур [Текст] / А.Н. Цепляев, Е.Т. Русяева, В.А. Цепляев // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2010. -№3 (19). - С. 183-187.
6. Цепляев, А.Н. Разработка и исследование парусного классификатора для определения критической скорости частиц зернового вороха [Текст] / А.Н. Цепляев, М.А. Перепелкин, В.В. Цыганов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2012. -№2 (26). - С. 174-178.
E-mail: etrusyaeva@yandex.ru
