Исследование пневмомеханического высевающего аппарата с периферийным расположением ячеек для точного посева семян пропашных культур

Современная Украина - это государство с высоким потенциалом аграрного сектора в сфере выращивания пропашных культур, реализация которого невозможна без внедрения новейших технологий и обеспечения производителей высокоэффективной сельскохозяйственной техникой.

Целью точного посева является получение равномерно расположенных по по верхности поля растений, которые в этом случае развиваются наилучшим образом.

Для повышения эффективности точного высева семян пропашных культур на кафедре сел ьскохозя йственного маш и построения Кировоградского национального технического университета был разработан и изготовлен опытный образец нового пневмомеханического высевающего аппарата (рис. 1) [1].

Рис. 1. Схема опытного пневмомеханического высевающего аппарата с периферийным расположением ячеек:

1 - высевающий диск; 2 - ячейка; 3 - лопатка; 4 - приводной вал; 5 - корпус;

6 - высевающее окно; 7 - углубление для удаления лишних семян;

8 - вакуумная камера; 9 - семена

Главной особенностью нового высевающего аппарата является наличие оригинального высевающего диска 1 с периферийным расположением ячеек 2, за которыми на его внутренней поверхности расположены лопатки 3 для принудительного захвата семян в рабочей камере и дальнейшего его перемещения в зону сброса.

Высевающий диск аппарата закреплен на приводном валу 4 и находится в цилиндрической полости корпуса 5, совместно с которой ячейки 2 создают некоторые углубления для западания семени под действием силы давления слоя семян и перепада давления воздуха внутри и снаружи рабочей камеры.

Форма ячеек высевающего диска расширена в радиальном направлении в сторону цилиндрической поверхности корпуса, которая замыкает их объем и создает внешние стенки от зоны заполнения до зоны высева. В зоне высева на цилиндрической поверхности корпуса сделано высевающее окно 6, которое раскрывает ячейки в этой зоне и обеспечивает свободное выпадение семян в борозду.

Для удаления лишних семян из ячеек рядом с ними в верхней части цилиндрической поверхности корпуса, над зоной заполнения сделано специальное углубление (полость) 7, в которое под действием центробежных сил попадают лишние семена, удалятся с диска и снова попадают (падают) в зону заполнения.

Предложенный высевающий диск (рис. 2), благодаря наличию лопаток, позволяет надежно захватывать и перемещать семена к зоне сброса на повышенных скоростях вращения ячеек.

Рис. 2. Схема фрагмента и изображение диска с периферийным расположением ячеек

Результаты серии предварительных опытов показали [2], что заполнение ячеек происходит в момент вхождения ячейки в рабочую камеру. Эта особенность работы высевающего аппарата существенно повышает условия их заполнения в широком диапазоне рабочих скоростей и не требует большой зоны заполнения.

Для определения рациональных параметров и режимов работы высевающего аппарата использовался метод планирования многофакторного эксперимента.

Целью серии опытов была реализация матрицы центрального композиционного плана 2², в результате чего установлено влияние факторов разрежения в вакуумной камере (zlP) и скорости вращения ячеек высевающего диска (К).

Высевающую способность аппарата удобно оценивать коэффициентом заполнения, который равен отношению количества фактически высеянных семян за определенный промежуток времени к количе ству ячеек высевающего диска, которые прошли точку сброса за это же время.

В то же время коэффициент заполнения может быть равен 100% при наличии некоторого количество пропусков и такого же количества двойников. Для контроля результатов исследований, которые могут включать в себя подобные факты, производилась цифровая фото- и видео-фиксация процесса высева.

Ускоренная серийная съемка (съемка скоростного видео процесса высева семян) происходила с частотой кадров 30 в секунду, а видео - 240-480 в секунду, что давало возможность оценить процесс заполнения ячеек в замедленном режиме.

Коэффициент заполнения ячеек высевного диска выбран критерием оптимизации.

Результаты реализации матрицы планирования эксперимента приведены в таблице 1.

Для обработки экспериментальных данных использовали пакет STATISTIC А 6.0 [3].

В результате проведено построение статистической математической модели для коэффициента заполнения ячеек высевающего диска К (г К). Табличное значение критерия Кохрена при п 4 \ fu 2 равняется 0,7679 [4].

Таблица I

Результаты реализации матрицы планирования эксперимента 22

Номер опыта	Факторы		Критерий
	Разрежение в вакуумной камере; АР, кПа	Скорость вращения ячеек высевающего диска; VK, м/с	Коэффициент заполнения ячеек; К, %
	X]	Х2	Y
1	0,5	1,5	75,10
2	1,5	1,5	145,50
3	0,5	2,5	28,05
4	1,5	2,5	84,60

Число 0,7679 больше чем 0,757, поэтому можно сделать вывод, что процесс воспроизводится.

Дисперсия воспроизводимости (ошибка опыта) составляет 2,446.

Уравнение регрессии имеет вид

Г = 83,3125 + 31,7375.x, -26,9875.х2 - 3,4625.x гх2.              (1)

На рисунке 3 представлены поверх- коэффициента заполнения ячеек высеваю-ность отклика и линии равного выхода для щего диска К.

Рис. 3. Поверхность отклика и линии равного выхода для коэффициента заполнения ячеек 30

Анализ поверхности отклика и линий равного выхода для коэффициента заполнения ячеек К позволяет определить оптимальные значения исследуемых факторов:

• -    величина разрежения в вакуумной камере х^ДР должна находиться в диапазоне от 1,0 до 1,5 кПа;

• -    скорость вращения ячеек высевающего диска X2-^V_K должна находиться в диапазоне от 1,75 до 2 м/с.

Улучшение основных технологических показателей точного посева возможно за счет значительного увеличения скоростной способности высевающих аппаратов до уровня, близкого к значениям поступательной скорости посевного агрегата.

А увеличение равномерности распределения семян в борозде зависит от качества сформированного в высевающем аппарате потока семян [5].

Для анализа влияния факторов на критерии оптимизации использовались экспериментальные графики рассеивания с гистограммами (рис. 4), которые позволили графически определить рациональные значения каждого показателя, с оценкой реальных значений коэффициента заполнения ячеек.

Рис. 4. Графики рассеивания с гистограммами, характеризующими влияние факторов на коэффициент заполнения ячеек

Таким образом, за счет увеличения скорости вращения ячеек (до 2 м/с) конструкция исследуемого пневмомеханического аппарата позволяет в значительной степени уменьшить разрежение в вакуумной камере (до 1,0-1,5 кПа), что даст возможность уменьшить энергоемкость процесса и увеличить качество посева пропашных культур.

Полученные результаты исследований предложенного пневмомеханического высевного аппарата свидетельствуют о повышения эффективности точного высева семян пропашных культур и могут быть использованы для создания нового современного аппарата и его внедрения в производство. Для этого исследования аппарата необходимо продолжить с целью дальней- шего расширения его универсальности относительно семян других пропашных культур.