Теоретическое определение скорости взаимодействия ростка семени с дном борозды Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

***** ИЗВЕСТИЯ *****

№ 3 (39), 2015

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Вместо стандартных откидных бортов установлены откидные борта 2 уменьшенной высоты (достаточной, чтобы рулоны лежали с уклоном к продольной оси платформы). В верхней части, спереди и сзади откидных бортов 2, прикреплены гибкие связи 5, соединенные через обводной ролик 6 с подвижными брусьями 7. При открывании одного бокового борта 2 с помощью рукоятки управления разгрузкой 4 соответствующий подвижный брус 7 перемещается вместе с боковым откидным бортом 2 ближе к боковому краю грузовой платформы 1, при этом натягиваются соответствующие возвратные пружины 9. В результате чего рулоны 12, опирающиеся одной стороной на подвижный брус 7, а другой - на откидной борт 2, - наклоняются и одновременно смещаются к внешней стороне грузовой платформы 1. При переходе центра тяжести рулона 12 края грузовой платформы 1 происходит выгрузка рулона 12 на площадку. При закрывании бокового борта 2 возвратные пружины 9 возвращают подвижный брус 7 в исходное положение, после чего аналогично разгружает рулоны 12 сена, соломы, расположенные на другой стороне грузовой платформы 1.

Таким образом, получена формула для расчета длины ездки грузового автомобиля при транспортировке рулонов сена от места их формирования до места хранения в хозяйстве, учитывающая соотношение количества пресс-подборщиков и автомобилей в звене, характеристики автомобиля и пресс-подборщика, урожайность сена, а также показатели организации уборочных работ.

Библиографический список

1. Грузовая платформа автомобиля для перевозки рулонов сена, соломы [Текст] : патент 2554036 Российская Федерация B60P1/52, B62D33/027. / Ряднов А.И., Шарипов Р.В., Алмазов И.В.; заявитель и патентообладатель - ФГБОУ ВПО Волгоградский ГАУ -№2013146127/11,; заявл. 15.10.2013; опубл. 20.06.2015, Бюл.№17.

2. Ряднов, А.И. Усовершенствованная грузовая платформа автомобиля ГАЗ-3302 «Газель» / А. И. Ряднов, Р. В. Шарипов, И. В. Алмазов//Сельский механизатор. - 2015. - № 5. - С. 14.

E-mail: alex.rjadnov@mail.ru

УДК 631.331: 635.61

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РОСТКА СЕМЕНИ С ДНОМ БОРОЗДЫ

А.Н. Цепляев, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Е.Т. Русяева, кандидат технических наук, доцент

Волгоградский государственный аграрный университет

В статье рассмотрена принципиальная схема работы сошника с пневматическим семяпроводом, представлено теоретическое определение допустимой скорости взаимодействия проращенного семени с дном борозды.

Ключевые слова: семяпровод, пневматический сошник, проращенные семена, эжектор, скорость воздушного потока, удельная нагрузка на росток, коэффициент парусности.

На основании проведённых исследований, посев бахчевых культур проращенными семенами способен повысить полевую всхожесть и обеспечить ускоренное развитие растений и, как следствие, получить более раннюю продукцию.

В настоящее время весьма актуальной остаётся задача механизации посева проращенными семенами, так как ни одна из отечественных и зарубежных сеялок промышленного производства не способна производить подобный посев, а большинство разрабатываемых не вышло из стадии экспериментирования и в производственных условиях не нашло широкого применения.

170

***** ИЗВЕСТИЯ *****

№ 3 (39), 2015

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ

В связи с этим, предлагается процесс посева проращенными семенами бахчевых культур с использованием сошника с пневматическим семяпроводом (рис. 1) [3, 4, 5].

1

8

Рисунок 1 - Схема сошника с пневматическим семяпроводом:

- сошник; 2 - семяпровод; 3 - уловитель; 4 - нагнетательная трубка;

5 - эжектор; 6 - высевающий аппарат; 7 - уплотнитель; прикатывающее колесо; 9 - рама; 10 - шарнирно-рычажная система

Разработанная конструкция сошника с пневматическим семяпроводом работает 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 соединяется 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 [3, 4].

Основная задача разработанного семяпровода - не дать мокрому семени прилипнуть к его стенкам и к внутренней поверхности уловителя высевающего аппарата за счёт воздушного потока, а также исключить повреждение ростка семени при его контакте с почвой.

Для изучения этого явления рассмотрим общую схему перемещения семени по пневматическому семяпроводу и силы, действующие на росток при взаимодействии с дном посевной бороздки (рис. 2).

Рисунок 2 - Схема взаимодействия ростка семени с дном посевной бороздки

171

***** ИЗВЕСТИЯ *****

№ 3 (39), 2015

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ

На семя, взаимодействующее с почвой, действуют следующие силы: mg - сила тяжести семени; FB - сила от действия воздуха; Fg - сила удара семени о почву; FT - сила трения семени о стенку семяпровода; NT - нормальная сила, которая возникает от действия турбулентного воздушного потока. Выразим каждую силу отдельно через ее составляющие.

Сила, действующая за счет направленного воздушного потока [2, 3]:

FB =

mgu

~ul

(1)

где m - масса семени; g - ускорение свободного падения; u - относительная скорость воздуха в пневмопроводе; икр - скорость витания семени.

Известно, что семя к стенке семяпровода прижимается за счет боковой силы от действия воздушного потока (для шаровидного семени) в нормальном направлении, перпендикулярном оси пневмопровода (семяпровода) [1, 2]:

ГГ 4 3

П = — npr3 21

RC 7 r 7

f

V

1

^ 7

V RC J

- u

(2)

Так как по форме семена пропашных культур чаще представляют собой эллипсоид, данная сила будет иметь вид:

ЛГ 4

NT = — nprt T 21 '

1 6 R 7 r 7

1VT r n

V

rn

V RT J

-u

(3)

где p - плотность семени; rn - приведенный радиус семени, определенный по формуле: rn = 3abc , м; a, b, c - параметры эллипсоида; umax - максимальная скорость воздушного потока, действующая по оси трубопровода; RT - радиус пневмопровода; u - относительная скорость воздуха в пневмопроводе.

r

1 6

7

3

Для определения допустимых скоростей соударения упругих элементов с семенами воспользуемся формулой В.П. Горячкина для уравнения связанного колебательного движения [2]:

V

= а

g

Ey

где og - допустимое напряжение материала (ростка); E удельный вес; g - ускорение свободного падения.

(4)

модуль упругости материала; у -

Исходя из формулы (3), сила, действующая перпендикулярно пневмопроводу, для любого семени, близкого по форме к телу вращения может быть записана:

NT = XTnprl

Rd1 rd 2 iVT 'n

\ d3

V RT J

- u

(5)

r

n

где ЛТ- коэффициент, учитывающий форму тела вращения; npr^ = mC - масса семени; d1, d2,

d3 - числовые коэффициенты, характеризующие форму и соотношение приведенного радиуса семени и радиуса пневмопровода.

Учитывая, что сила трения, обозначенная на схеме FT = N ■ fT, где fT - коэффициент трения семени о стенку пневмопровода, запишем:

172

ИЗВЕСТИЯ"

№ 3 (39), 2015

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ

FT =

Хт m

v

T C Rdrd

T ' n

f \d3

r

n

V RT

- u

It

(6)

В полученном выражении скорость воздушного потока umax, действующая в середине пневмопровода существенно не отличается от скорости потока, проходящего

r

вдоль стенки и пневмопровода, так как отношение —— < 0,3. В связи с этим,

R,,

v

( \d3

r

п

V RT

= vB. Кроме этого, учитывая отмеченное ранее для упрощения зависимо-

сти, а также то, что показатели di и d2 для одинакового основания «RC» в сумме равны

_ RT + r

единице, то вправе с некоторым приближением записать: —--- = RC, то есть сила

трения FT на всей длине пневмопровода будет одинаковой и равна:

Ft =

„ VB / ч

ATmC — (vB - u)

R

It.

(7)

Движение частицы вверх в вертикальном пневмопроводе описывается уравне-

нием:

du „ p(v - u)2

m~T = CXSM

dt

mg

(8)

где cx - постоянная величина; и - средняя скорость воздушного потока; u - относительная скорость движения семени.

Однако при решении задачи, представленной в виде перемещения семени вниз по пневмопроводу и встречи с дном бороздки, уравнение примет иной вид:

du mgu2

m— = dt

V.

+ mg

XTm vB-(vB -u) Rc

g

It .

(9)

Сократим полученное выражение на «m» и подставим —— = K

V

кр

где КП - коэффициент парусности проращенного семени. Получим:

du = КП ■ u2 • dt + gdt - fTXT — • dt - fTXT —B U dt.

Rc - ■ Rc <10)

Так как du - это по существу изменение абсолютной скорости удара, то du=dva, следовательно, уравнение можно будет переписать в виде:

dva - Knu 2dt - gdt + fTXr —B-dt + fTXr —B U dt = 0.

Rc

Rc

Проинтегрируем полученное выражение:

va - KHu 2 • t - gt + /Л vL • t + /Л • t + C1 = 0:

RC RC

(11)

(12)

где с! - свободная постоянная.

173

ИЗВЕСТИЯ"

№ 3 (39), 2015

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Время t определяется, исходя из прямолинейной длины пневмопровода, по которому перемещается проросшее семя, также длины проросшего ростка.

Отсюда, учитывая зависимость (4) определится время t:

t =

Ln - lP

У g

E • у

Ln - lp

(13)

4 t

где Ln - длина прямого участка пневмопровода; lP - длина ростка. Обозначим: о

1

g

= Og в, где в

E • у

некоторая постоянная величина и подста-

вим в уравнение (12), получим:

g

V - Kn • и

2 Ln lP

о в

+ ЕЛ v + ЕЛ V^U • h±J]L + С, = 0. (14)

о в Jt^Rc о в Jt* Rc о в 1 V '

Из полученного уравнения видно, что при взаимодействии ростка семени с почвой никаких иных скоростей на семя, кроме представленных, не действует. К тому же время в начальный момент равно «0». Отсюда постоянная величина С]=0.

Так как полученное уравнение (14) является неоднородным, для его упрощения обратимся к исследованиям по изучению вертикальных воздушных каналов, которые отмечают, что в вертикальных каналах пневмопроводов скорость воздушного потока связана с относительной скоростью семян некоторой зависимостью: и=цюв, где: п - коэффициент, учитывающий отношение площади миделевого сечения семени к площади поперечного сечения канала. Для наиболее распространенных конструкций семяпроводов величина п=0,4...0,8. Следовательно, его среднее значение будет равно: пс=0,6.

Учитывая данное обстоятельство, уравнение (14) запишем в виде:

Va - Kn^Vi ЕЛо в

g(Ln - lP) , , 1 VB Ln - l

ов

+

R ов

■ + Jt^-t

VLll • = 0 . (15)

R ов

Из полученного выражения (15) определим допустимую скорость воздушного потока и представим в упрощенном виде:

VB =

У°,в L - lp)

Л

g

(L, - Ip ) о,в

(

Knl2 -

fTЛ /т^тЛ

L - L

Ogв

(16)

Rc Rc

Ранее отмечалось, что скорость, с которой росток семени ударяется о почву это

ug, в окончательном виде запишем:

не что иное, как иа, то есть и,

VB =

ов - g (Ln - lp)

КпП Rc - fTЛ - /т^тЛ

(17)

174

***** ИЗВЕСТИЯ *****

№ 3 (39), 2015

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Полученная аналитическая зависимость по нахождению скорости воздушного потока позволяет определить конструкторские и кинематические параметры пневматического семяпровода, а также допустимую скорость при взаимодействии семени с дном борозды.

В результате решения уравнения (17) получена графическая зависимость изменения удельной нагрузки на росток от скорости семени в семяпроводе (рис. 3), из которой следует, что на удельную нагрузку ростка влияет не только скорость семени, но и длина ростка. Так, наименьшая удельная нагрузка наблюдается при длине ростка 2 мм с оптимальной скоростью семени в семяпроводе 0,25.. .1,75 м/с.

г* 2

3 к 1,8

X 1,6

о & 1,4

о Си С5 1,2

ЕВ ?! а *1*1 1

!>, Си Ьч 0,8

« ЕВ ЕВ 0,6

СВ ЕВ »В Р 0,4

0,2

et г*- 0

гота ни patffi ■я 8 мм/

дана ро 'тк^*т Л ^

jffmia ро с тлг4Г4 м VI

•^длин а рооткй 2 мм

0,25 0,5 0,75

1,25 1,5

1,75

скорость семени в семяпроводеис м/с Рисунок 3 - Изменение величины удельной нагрузки на росток в зависимости от скорости семени в семяпроводе

Библиографический список

1. Воробьев, А.А. Пневмотранспортные установки. Справочник [Текст] / А.А. Воробьев; под ред. канд. техн. наук Б.А. Аннинского. - Л.: «Машиностроение», 1969. - 200 с.

2. Герц, Е.В. Теория и расчет силовых пневматических устройств [Текст] / Е.В. Герц, Г.В. Крейнин. - М.: Издательство Академии наук СССР, 1960. - 178 с.

3. Цепляев, А.Н. Исследование работы модернизированного сошника для высева проращенных семян бахчевых культур [Текст] / А.Н.Цепляев, Е.Т. Русяева // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. -2009. -№4 (16). - С. 83-88.

4. Цепляев, А.Н. Теоретическое обоснование параметров уловителя для подачи проращенного семени в семяпровод [Текст] / А.Н. Цепляев, Е.Т. Русяева // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2014. -№3 (35). - С. 209-216.

5. Цепляев, А.Н. Теоретическое определение скорости воздушного потока для подачи проращенных семян в семяпровод [Текст] / А.Н. Цепляев, Е.Т. Русяева // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. -2014. - №1 (33). - С. 212-216.

E-mail: etrusyaeva@yandex.ru

175