THEORETICAL JUSTIFICATION OF DESIGN AND PROCESS DEPENDENT PARAMETERS OF A SUPPLY PORT OF A BELT FEED WITH DISKS

Full Text

В получении хорошего урожая главную роль играет качественный посев с равномерным распределением семян в рядке. Основной задачей процесса посева является оптимальное размещение семян в почве с целью обеспечения оптимальных условий для прорастания семян и дальнейшего развития растений, что способствует повышению полевой всхожести и урожайности сельскохозяйственных культур в целом. Качество посева мелкосеменных культур зависит от качества работы высевающего аппарата сеялки. Для получения высоких и устойчивых урожаев высевающие аппараты должны обеспечивать непрерывный и равномерный поток семян, устойчивость установленной нормы высева, возможность высева семян различных культур, минимальное повреждение высеваемых семян, легкую и удобную установку на заданную норму высева. Используемые селекционные сеялки, как правило, оснащены катушечными высевающими аппаратами, которые не позволяют получить высокую равномерность распределения семян катушкой, при этом посевы получаются неравномерными - со сгущением или разрежением растений в рядке [4, 6], что, в конечном счете, приводит к снижению урожайности. Поэтому исследования, направленные на совершенствование процесса дозирования семян высевающими аппаратами селекционных сеялок, имеют важное научное и практическое значение для АПК. Цель исследований - повышение качества распределения семян в рядке за счет совершенствования конструктивно-технологических параметров дисково-ленточного высевающего аппарата для селекционной сеялки. Задачи исследований - провести теоретический анализ технологического процесса дозирования семян экспериментальным высевающим аппаратом и получить теоретические зависимости по определению конструктивных параметров питающего окна приемной камеры бункера. Для повышения качества распределения семян в рядке был разработан дисково-ленточный высевающий аппарат для селекционной сеялки, который позволяет создавать равномерный исходный семенной поток. Материал и методы исследований. Для обеспечения технологического процесса разработана конструктивно-технологическая схема дисково-ленточного высевающего аппарата, представленная на рисунке 1, новизна которого подтверждена патентом РФ № 2412578 «Высевающий аппарат» [1]. Дисково-ленточный высевающий аппарат состоит из следующих основных элементов: бункер 5, высевающий диск 2, эластичная прижимная лента 8, подающий 4 и натяжной 7 ролики, ведущий ролик 6 и заслонка 12. Рис. 1. Конструктивно-технологическая схема дисково-ленточного высевающего аппарата: 1 - пластина; 2 - высевающий диск; 3 - приводной вал; 4 - подающий ролик; 5 - бункер; 6 - ведущий ролик; 7 - натяжной ролик; 8 - эластичная лента; 9 - паз; 10 - кольцевой канал диска; 11 - приёмная камера; 12 - заслонка; 13 - наклонный козырёк Экспериментальный высевающий аппарат работает следующим образом. Начинает вращаться высевающий диск 2, семена, идущие из бункера 5, увлекаются подающим роликом 4. Кольцевой канал диска 10 и подающий ролик 4 формируют с запасом на уплотнение относительно рыхлый начальный поток семян, ограниченный горизонтально регулируемой заслонкой 12. Затем семенной поток поступает в кольцевой канал 10 и уплотняется за счёт взаимодействия со сходящим с подающего ролика 4, эластичной ленты 8 и высевающего диска 2 [2]. Следовательно, в кольцевом канале 10 высевающего диска 2 образуется равномерно распределённый по поперечному сечению канала 10 и вдоль него семенной поток, перемещаемый к ведущему ролику 6 на высев (А. О. Спиваковский, 1986). Проанализировав взаимодействие семян с рабочими органами высевающего аппарата, весь технологический процесс дозирования разделили на следующие этапы (рис. 1): - формирование подающим роликом 4 рыхлого потока семян, стабилизируемого заслонкой 12 в приемной камере 11 бункера 5; - равномерное распределение и уплотнение рыхлого потока семян эластичной лентой 8 в кольцевом канале 10 высевающего диска 2; - транспортировка семян, расположенных в кольцевом канале диска и уплотнённых лентой. Результаты исследований. Общая производительность Q дисково-ленточного высевающего аппарата определяется конструктивно-кинематическими параметрами взаимодействующих между собой подающего ролика 4 и высевающего диска 2, фрикционными свойствами транспортирующей ленты 8 и физико-механическими свойствами семенного материала. Учитывая, что формирование семенного потока осуществляется в три этапа, для обеспечения неразрывности потока семян должно выполняться условие , из которого следует, что общая производительность высевающего аппарата будет определяться величиной , имеющей минимальное значение. Для выполнения условия необходимо провести теоретические исследования зависимости производительности потока семян, формируемого подающим роликом 4 и стабилизируемого заслонкой 12 в приёмной камере 11 бункера 5. Известно, что объёмная подача семенного материала определяется зависимостью , (1) где - средняя скорость потока семенного материала, м/с; SП - площадь поперечного сечения потока семенного материала, м2; (2) где - ширина питающего окна, равная ширине подающего ролика и транспортирующей ленты, м; - величина открытия заслонки, м. Средняя скорость потока семенного материала через питающее окно бункера можно представить выражением (Р. Л. Зенков, 1952): (3) где - эмпирический коэффициент истечения сыпучего материала; - ускорение свободного падения, м/с2; - высота насыпи семенного материала в бункере, м. Коэффициент истечения сыпучего материала можно представить зависимостью от коэффициента внутреннего трения семенного материала: , (4) где - коэффициент внутреннего трения семенного материала. Истечение семенного материала из выпускного отверстия бункера происходит не только под давлением верхних слоев семян, но и под воздействием поверхности транспортирующей ленты, огибающей подающий ролик и движущейся вместе с семенным потоком со скоростью [5] (рис. 2): , (5) где - окружная скорость вращения подающего ролика, с-1; - радиус кривизны рабочей поверхности транспортирующей ленты, огибающей подающий ролик, м. Рис. 2. Эпюра скоростей подачи семенного материала через питающее окно Поэтому, учитывая небольшие размеры питающего окна и невысокие скорости истечения семенного материала, можно сделать допущение, что средняя скорость потока семян через питающее окно приёмной камеры бункера высевающего аппарата с достаточной точностью определяется выражением: (6) Таким образом, средняя скорость потока семян на первом этапе, с учетом зависимостей (3) и (5), определится следующим выражением: . (7) При этом конструктивно-технологические параметры питающего окна приемной камеры бункера дисково-ленточного высевающего аппарата должны обеспечить выполнение условия производительности . Поэтому с учётом (1) и (2) можно записать [7, 8] . (8) Тогда, минимальная величина открытия питающего окна, с учётом зависимости (6), определится следующим образом: . (9) Зависимость (9) позволяет определить минимально необходимую величину открытия питающего окна в зависимости от конструктивных и технологических параметров подающего ролика и свойств семенного материала ( ). Причём максимальное значение величины открытия питающего окна должно быть не менее для максимальной подачи дисково-ленточного высевающего аппарата. Для изучения процесса дозирования семян экспериментальным дисково-ленточным высевающим аппаратом и исследования влияния конструктивных параметров аппарата на подачу проводились лабораторные исследования (Б. А. Доспехов, 1985). Для того чтобы узнать влияние основных показателей на технологический процесс высева, интервалы и границы изменений выбирались на основе измерений опытным путем. Все эксперименты проводились на одном высевающем аппарате в лабораторных условиях на стендовой установке (рис. 3) по общепринятой методике исследования высевающих аппаратов. Исходный материал - семена мальвы. Рис. 3. Экспериментальный высевающий аппарат Для изучения зависимости подачи дисково-ленточного высевающего аппарата от физико-механических свойств семян мальвы, конструктивных и технологических параметров был реализован многофакторный эксперимент (табл. 1). Таблица 1 Результаты эксперимента по исследованию подачи № x0 x1 x2 x3 x1x2 x1x3 x2x3 x1x2x3 Yср 1 1 1 1 1 1 1 1 1 26,47 2 1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 4,68 3 1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 12,38 4 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 2,61 5 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1 4,20 6 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 1,20 7 1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 0,87 8 1 -1 -1 -1 1 1 1 -1 0,26 Полученные данные проверены на однородность и оказались значимыми. Получено уравнение регрессии, описывающее подачу высевающего аппарата. (10) где - частота вращения диска в закодированном виде; - площадь поперечного сечения канавки диска в закодированном виде; - высота открытия заслонки в закодированном виде. На рисунке 4 представлен график значимости факторов (все факторы значимы). Рис. 4. Значимость факторов После раскодирования факторов уравнение регрессии примет вид (11) где n - частота вращения диска, мин-1; S - площадь поперечного сечения канавки диска, мм2; - высота открытия заслонки, мм. При зафиксированной площади сечения канавки диска на трёх уровнях по зависимости (11) можно построить поверхность отклика [2, 3]. При этом уравнение регрессии примет вид (рис. 5): . (12) Рис. 5. Зависимость подачи дисково-ленточного высевающего аппарата от частоты вращения диска и высоты открытия заслонки при площади сечения канавки диска S = 42,5 мм2 Учитывая агротехнические требования, сеялка при посеве делянок сортоиспытания и предварительного размножения должна обеспечивать норму высева 5-12 кг/га. Следовательно, при пересчёте на минутную подачу, экспериментальный высевающий аппарат на сеялке должен обеспечивать Q(мин) = 0,083 кг/мин и Q(макс) = 0,2 кг/мин. Заключение. Экспериментальный дисково-ленточный высевающий аппарат выполняет необходимые нормы высева согласно агротехническим требованиям для селекционных сеялок. Применение предлагаемого дисково-ленточного высевающего аппарата с обоснованием конструктивных и технологических параметров питающего окна приемной камеры бункера позволит равномерно подавать семенной материал за счет предварительного уплотнения до оптимальной величины и необходимой нормы высева, тем самым повышать качество распределения семян в рядке и качество работы селекционной сеялки.

About the authors

N. V. Kryucina

FSBEI HE Samara State Agrarian University

Email: natali24.86@mail.ru
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department «Agricultural Machines and Mechanization of Animal Husbandry» Samara region, settlement Ust-Kinelsky

A. L. Mishanin

FSBEI HE Samara State Agrarian University

Email: mishanin_al@mail.ru
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department «Agricultural Machines and Mechanization of Animal Husbandry» Samara region, settlement Ust-Kinelsky

S. V. Mashkov

FSBEI HE Samara State Agrarian University

Email: mash_ser@mail.ru
Candidate of Economic Sciences, Head of the Department «Electrification and Automation of the Agro-industrial Complex» Samara region, settlement Ust-Kinelsky

A. V. Shukov

FSBEI HE Penza State Agrarian University

Email: sashka-shukov@yandex.ru
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department «Mechanization of Technological Processes in the Agro-industrial Complex» Penza

References

Supplementary files