Концептуальное обоснование использования ударопоглощающих рабочих органов сельскохозяйственных машин для снижения травмирования семян
Автор: Суханова Майя Викторовна
Журнал: Вестник аграрной науки Дона @don-agrarian-science
Рубрика: Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование
Статья в выпуске: 1 (57), 2022 года.
Бесплатный доступ
Одним из способов снижения травмирования семенного материала является снижение ударного воздействия поверхности рабочих органов сельскохозяйственных машин. Осуществлен анализ напряженного состояния семени, представленного в виде частицы сыпучего тела и деформированного состояния рабочей поверхности при трех видах ударного взаимодействия: жестком, частично поглощенном и поглощенном. Выполнен сравнительный анализ напряженного состояния частицы сыпучего тела, упавшей на наклонную рабочую поверхность различной жесткости. Установлено, что если рабочий орган изготовлен из жесткого недеформируемого материала, то для исключения истирания наружной оболочки семян при скольжении семенного материала по его поверхности, необходимо уменьшать угол наклона рабочей поверхности и порозность сыпучего тела. Но выполнение этих требований приведет к уплотнению сыпучего тела и прекращению перераспределения частиц в его массе, что отрицательно скажется на технологических процессах смешивания и транспортирования семенного материала. При столкновении частицы сыпучего тела с наклонной рабочей поверхностью, изготовленной из стали с полиуретановым покрытием, в зоне соприкосновения с частицей возникают местные деформации сжатия рабочей поверхности и прирост главного напряжения сжатия рабочей поверхности, вызывающего истирание наружной поверхности частицы. Теоретическое описание напряженных состояний частицы сыпучего тела при взаимодействии с поверхностями различной жесткости, подтвержденное выполненными ранее экспериментальными исследованиями, позволили сделать выводы, что для предотвращения травмирования семенного материала необходимо использовать ударопоглощающие рабочие органы, изготовленные из эластомеров, обладающих способностью значительно растягиваться и сокращаться в пределах упругих деформаций. Использование ударопоглощающих рабочих органов позволяет обеспечить такие условия взаимодействия семян и рабочей поверхности, при которых семена находятся во взвешенном состоянии и отскакивают от рабочей поверхности без скольжения. Для обеспечения режима ударопоглощения необходимо, чтобы продолжительность скатывания потока семян по наклонной рабочей поверхности была меньше промежутка времени между последовательными встряхиваниями высокоэластичной рабочей поверхности.
Сельскохозяйственные машины, ударное воздействие, поглощенный удар, напряженно-деформированное состояние, травмирование и разрушение семян, всхожесть, продовольственная безопасность, предпосевная обработка
Короткий адрес: https://sciup.org/140293913
IDR: 140293913
Текст научной статьи Концептуальное обоснование использования ударопоглощающих рабочих органов сельскохозяйственных машин для снижения травмирования семян
Введение. Продовольственная безопасность и рост экспорта сельскохозяйственной продукции при использовании ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий выращивания сельскохозяйственных культур являются стратегическими задачами сельскохозяйственного производства нашей страны. При производстве сельскохозяйственных культур к семенному материалу, используемому при посеве, предъявляются высокие требования, потому что именно от качества семян, в первую очередь, зависит будущий урожай.
Повреждение семенного материала происходит на всех этапах подготовки семян к посеву, посева и уборки урожая вследствие того, что все конструкции машин имеют в своем составе жесткие недеформируемые рабочие органы, увеличивающие вероятность разрушающего воздействия на семена. Снижение травмирования семенного материала рабочими органами машин является важной научно-технической проблемой.
Влияние травмирования семян на снижение показателей качества будущего урожая исследовано и представлено в работах многих ученых. Исследованиями ученых, разработавших методику определения комплексного травмирования зерна и семян машинами, установлено, что наибольший прирост внутренних повреждений семян - до 65,5-70,5% -происходит в процессе их транспортирования в зерновых быстроходных нориях НПЗ-20, НПЗ-50, 2НПЗ-20 и скребковых транспортерах ЗАВ-50.09.000-04 и ЗАВ-50.11.000.01 [1]. В работе А.И. Бурьянова и В.И. Червякова рассмотрены пути снижения потерь и травмирования зерна в процессе уборки [2]. Учеными сделаны выводы о том, что повреждения зерна можно избежать, если не превышать рабочие режимы сельскохозяйственной уборочной техники, установленные разработчиками, и использовать молотильные устройства, снижающие ударные нагрузки на зерно [2]. Е.В. Ионовой и Ю.Г. Скворцовой установлено, что в процессе выполнения уборочных работ рабочими органами технических устройств повреждается от 11 до 39% семян, а зерноочистительной техникой повреждается от 11 до 17% семенного материала [3].
Наиболее остро эта проблема касается легко травмируемых семян зернобобовых: гороха, нута, сои [4, 5, 6]. Горох представляет одну из самых распространенных бобовых культур севооборотов Ростовской области. Как и другие бобовые культуры, горох обладает способностью фиксировать и накапливать атмосферный азот в симбиозе с клубеньковыми бактериями [5]. Решение проблемы травмирования семян гороха и других выращиваемых культур позволит ускорить введение системы органического земледелия в России, повысить качество посевного материала. Сокращение вероятности повреждения семян, например, в процессе предпосевной обработки, приведет к снижению расхода не только семенного материала, но и препаратов, применяемых для защиты от вредителей и болезней и стимулирования развития семени, перейти на использование современных безопасных и эффективных биопрепаратов, инокулянтов, содержащих в своем составе клубеньковые бактерии.
Ранее выполненный анализ травмирующего воздействия рабочих органов сельскохозяйственных машин на семенной материал показал, что наибольшее влияние на повреждение семян оказывают шнековые рабочие органы, степень повреждения которыми составляет от 34,6 до 50,0% обработанных семян [7, 8, 9]. Оценке влияния шнековых рабочих органов транспортирующих устройств на показатели качества семенных материалов посвящены исследования М.Н. Московского, Г.А. Адамяна и К.М. Тихонова [7]. Учеными установлено, что использование полимерных материалов при изготовлении транспортирующих устройств позволяет снизить травмирование семян и повысить показатели всхожести пшеницы и ячменя на 4,7% - 7,1% [7]. В.Б. Фейденгольд и С.Л. Белецкий отмечают, что замена стальных шнеков конструкциями из полимерных материалов приводит к снижению травмирования пшеницы с 2,5% до 0,1%, кукурузы с 3,0% до 0,1% [8]. В их работе также говорится о том, что большинство исследователей склоняются к мнению, что наиболее разрушительные и приводящие к снижению качественных характеристик семян механические повреждения возникают при действии динамических нагрузок вследствие удара о поверхность рабочих органов сельскохозяйственных машин [8].
Ударное воздействие рабочих органов на семенной материал необходимо рассматривать как динамическое силовое взаимодействие тел, многократно превышающее статические нагрузки, в результате которого во взаимодействующих телах возникают деформации. Но величина
деформации взаимодействующих тел неодинакова и зависит не только от силы удара, но и от физико-механических свойств соударяемых тел, влияющих на их прочность и жесткость. Методика исследования. Длительное время для снижения |
разрушительного воздействия рабочих органов на семенной материал использовали резино-технические изделия на основе каучука. Основные физикомеханические свойства резины, применяемой для изготовления деталей машин, приведены в таблице [10]. |
Физико-механические свойства резины
Physical and mechanical properties of rubber
Марка резины Rubber brand |
Вид каучука Type of rubber |
Временное сопротивление σ В , МПа Tensile strength σ В , MPa |
Относительное удлинение при разрыве δ, % Elongation at break δ, % |
Температура хрупкости при замерзании, °С Freezing brittle temperature, °С |
КБ-21 |
Бутадиен-стирольный СКН Styrene butadiene SBR |
5,8 |
630 |
– |
В-14 |
Бутадиен-нитрильный СКС Butadiene nitrile NBR |
10 |
160 |
-45 |
ИРП-1287 |
Фторкаучук СКФ- 26 Fluororubber SFR-26 |
18.5 |
130 |
-25 |
ИРП-1225 |
Фторкаучук СКФ- 32 Fluororubber SFR-32 |
28 |
520 |
-20 |
6429 |
Бутилкаучук БК Butyl rubber BK |
10,3 |
600 |
– |
Из анализа таблицы следует, что показатель прочности материалов из резины (временное сопротивление) не превышает 28 МПа, а температура хрупкости при замерзании для большинства материалов не превышает -25 °С. Это ограничивает область применения и долговечность изделий.
Одним из эффективных способов снижения потерь семенного материала вследствие повреждения является использование эластомеров – высокоэластичных материалов, способных поглощать разрушительную для семян энергию удара о поверхности рабочих органов сельскохозяйственных машин [11, 12]. Такие материалы обладают высокоэластичными свойствами – способностью испытывать значительные упругие деформации растяжения под действием внешних нагрузок, а после снятия нагрузок возвращаться в исходное недеформируемое состояние [11]. На отечественном рынке распространены следующие эластомеры: Адипрен, Вибротан, СКУ-7Л, СКУ-ПФЛ-100, СКУ-ПЛ-60, ЛУР-СТ и ЛУР-90. Технология производства каучука сложнее, чем эластомеров, а изменение физических свойств резины изменять по желанию потребителя труднее. Кроме того, полиуретаны превосходят резину по прочности при воздействии растягивающих или сжимающих нагрузок. Полиуретановые эластомеры – монолитные полиуретаны, обладающие высокой прочностью, износостойкостью, стойкостью к ударным нагрузкам, низкой температурой стеклования и сохраняющие высокоэластические свойства в широком диапазоне температур (от -50 °С до +100 °С). Срок службы эластомеров почти в пять раз больше, чем изделий из каучука. Эластомеры марки СКУ ПФЛ-100 СКУ-7Л, СКУ-ПЛ-60 хорошо работают при высоких динамических и статических нагрузках, в условиях интенсивного абразивного износа, в том числе и во влажной среде [10, 11].
Рассмотрим условия создания режима поглощенного удара. Семенной материал, находящийся в рабочем объеме сельскохозяйственной машины, можно рассматривать в виде сыпучего тела. Сыпучим телом в механике насыпных грузов называют сыпучую среду, ограниченную замкнутой поверхностью [13].
Поглощенный удар – такое динамическое воздействие высокоэластичной рабочей поверхности на сыпучее тело или его частицу, при котором кинетическая энергия, накопленная сыпучим телом (частицей) при падении с некоторой высоты переходит в потенциальную энергию упругого продольного растяжения рабочей поверхности, а после сокращения рабочей поверхности преобразуется в кинетическую энергию движения сыпучего тела (частицы).
На рисунке 1 показано отличие напряженного состояния частицы сыпучего тела и деформированного состояния рабочей поверхности при трех видах удара: жестком (падение на стальную поверхность), частично-поглощенном (падение семени на стальную поверхность с полиуретановым покрытием) и поглощенном (падение семени на высокоэластичную поверхность, изготовленную из эластомера).
Предлагается представлять ударное взаимодействие сыпучего тела и рабочей поверхности с учетом деформации (травмируемости) семян и деформации рабочей поверхности как «жесткий удар» (рисунок 1 а ), «частично поглощённый удар» (рисунок 1 б ) и «поглощённый удар» (рисунок 1 в ).
При жестком ударном взаимодействии (жестком ударе) сыпучего тела со стальной рабочей поверхностью рабочая поверхность не деформируется, длительность контакта частицы сыпучего тела и поверхности близка нулю, а сила удара максимальна (рисунок 1 а ). В частице сыпучего тела возникают нормальные напряжения сжатия. Напряжения сжатия (σ 1 ), возникающие в частице сыпучего тела от воздействия рабочей поверхности больше, чем напряжения (σ 3 ), возникающие от воздействия других частиц по боковым граням выделенного элементарного объема. Такое объемное напряженное состояние приводит к повреждению и раскалыванию частиц.
Ударное взаимодействие сыпучего тела и жесткой стальной поверхности, покрытой полимерным материалом, можно назвать частично поглощённым ударом (рисунок 1 б ). При частично поглощённом ударе полиуретановое покрытие рабочей поверхности несколько уменьшает, «смягчает» силу удара на частицу из-за поперечного сжатия полимерного покрытия. Но это сжатие весьма мало, не превышает толщины полиуретанового слоя и недостаточно для полного поглощения удара, поэтому не исключает повреждения частицы. Кроме того, при контакте частицы и рабочей поверхности может возникнуть скольжение частицы по рабочей поверхности вследствие воздействия на нее соседних частиц. Касательные напряжения сдвига, возникающие при этом, приводят к истиранию поверхностного слоя частицы, нарушению целостности оболочки семени.
На рисунке 1 в показано состояние частицы сыпучего тела и рабочей поверхности после ударного взаимодействия, названного поглощённым ударом. Такое состояние возникает после падения частицы на высокоэластичную рабочую поверхность, способную значительно деформироваться в продольном направлении. При поглощённом ударе частица сыпучего тела падает на рабочую поверхность и растягивает ее силой своего веса. Затем, под действием силы упругости эластомера, частица отскакивает от рабочей поверхности. Если привести рабочую поверхность в вынужденное колебательное движение, то процесс падения частицы и отталкивания ее от рабочей поверхности будет незатухающим. В частице возникают только напряжения (σ3) в точках контакта с другими частицами. Эти напряжения не вызовут разрушительных деформаций ввиду того, что при поглощённом ударе происходит взрыхление сыпучего тела и при отскакивании частицы удаляются не только от поверхности, но и друг от друга.
жесткий удар hard strike
σ
σ 3
частично поглощенный удар partially absorbed strike
F strike
maх
σ 1
поглощенный удар absorbed strike
σ
τ
τ 1 σ

τ
σ
σ
σ

σ 3
∆lпродольная деформированное семя deformed seed недеформированное семя undeformed seed
F удара 0
F strike.-> 0
F удара F strike

Длительность удара, ∆t, с Impact duration, ∆t, с
Ш "Л
∆lпоперечная ∆ltransverse го ф
b) hard surface with elastic coating ∆l=∆ l transverse
б) жесткая поверхность с эластичным покрытием ∆l=∆l поперечная
в) высокоэластичная поверхность (эластомер) ∆l=∆l продольная
c) highly elastic surface (elastomer)
∆l=∆ l longitudinal
а) жесткая поверхность без покрытия ∆l=0 a) hard surface without coating ∆l=0
Ф 3 ci со
Рисунок 1 – Напряженно-деформированное состояние частицы и рабочей поверхности при различных типах удара
Figure 1 – Stress-strain state of the particle and the working surface for various types of impact
Ранее была получена зависимость для определения потенциальной энергии, накопленной рабочей поверхностью при падении на нее сыпучего тела [14]:

,
где Uп – потенциальная энергия vуд – скорость удара частицы о рабочую деформации рабочей поверхности, Дж; поверхность, м/с;
m ч – масса частицы, кг; δ – толщина частицы, м;
Δ t – длительность ударного взаимодействия частицы с рабочей поверхностью;
E – модуль упругости рабочей поверхности соответственно, Па;
A – площадь деформированной поверхности частицы, м2.
Анализ зависимости позволил сделать вывод, что если семенной материал падает с одинаковой высоты на рабочую поверхность различной жесткости, то потенциальная энергия, накопленная этой поверхностью, будет зависеть от значения коэффициента восстановления, зависящего от способности рабочей поверхности деформироваться. Чем меньше величина коэффициента восстановления, тем больше растянется рабочая поверхность и больше потенциальной энергии накопит. Эксперименты показали, что чем эластичнее рабочая поверхность, тем меньше коэффициент восстановления, тем меньше высота отскока частиц и риск травмирования семян [12, 14].
При стремлении коэффициента восстановления к нулю k →0 потенциальная энергия, накопленная рабочей поверхностью, возрастает. После растяжения под действием силы веса упавших частиц, высокоэластичная рабочая поверхность начнет сокращаться под действием силы упругости ее материала и передавать поглощенную потенциальную энергию частицам сыпучего тела. Частицы будут отскакивать от рабочей поверхности, но уже без риска быть разрушенными, т.к. энергия удара предварительно была поглощена растяжением рабочей поверхности, а длительность взаимодействия семян с рабочей поверхностью возросла.
Повреждения семян шнековыми рабочими органами происходят в результате сдвиговых деформаций, возникающих от сил трения по рабочим поверхностям. Покажем, что для снижения травмирования семян шнековыми рабочими органами необходимо использовать ударопоглощающие материалы.
Для пояснения причин сохранения целостности семян при взаимодействии с ударопоглощающей высокоэластичной поверхностью, рассмотрим и сравним напряженное состояние частицы сыпучего тела, упавшей на наклонную рабочую поверхность различной жесткости.
Выделим элементарный объем сыпучего тела, равный единице. В этом случае можно рассматривать не силы, возникающие в сыпучей среде, а их удельные величины, т.е. напряжения. Нормальные и касательные напряжения σ и τ связаны известной зависимостью [13]:
τ ≤ Ф ( σ).

Рисунок 2 – Схема предельного состояния смеси Figure 2 – Scheme of the limit state of the mixture

Рисунок 3 – Система сил, действующих на частицу со стороны других частиц и наклонной рабочей поверхности
Figure 3 – The system of forces acting on a particle
Выбрав координатную систему взаимозависимости нормальных и касательных напряжений, приведенное выше условие равновесия многокомпонентных смесей можно изобразить в виде предельной огибающей кривой. Круги главных напряжений в случае отсутствия сдвиговых деформаций и, следовательно, повреждения будут находиться либо внутри предельной кривой (кривой предельных касательных напряжений), либо будут касаться этой кривой при выполнении условия σ=τпред., где τпред – предельное касательное напряжение, вызывающее деформацию сдвига, возникающую при наличии движения частицы по рабочей поверхности со скольжением. Если касательные напряжения, возникающие в частице, превысят предельные допускаемые напряжения, то в этом случае возрастает вероятность повреждения наружного слоя частицы.
Известно, что объемное напряженное состояние можно представить как from other particles and an inclined working surface совокупность плоских напряженных состояний. Рассмотрим плоское напряженное состояние элементарного объема частицы сыпучего тела, возникшее вследствие действия внешних сил от соседних частиц и реактивных сил со стороны рабочей поверхности (рисунок 3). На рисунке 3 рассматриваемая частица обозначена цифрой 1, а силы, действующие со стороны соседних частиц сыпучего тела – F21, F31, и F41, соответственно. Со стороны поверхности на сыпучее тело действуют нормальная сила реакции N и тангенциальная сила Fτ, составляющей которой является сила трения, направленная в сторону, противоположную движению частицы.
На рисунке 4 представлено напряженное состояние элементарного объема частицы сыпучего тела, находящейся на наклонной рабочей поверхности. Показан общий возможный случай напряженного состояния, без учета жесткости рабочей поверхности.

Рисунок 4 – Напряженное состояние элементарного объема сыпучего тела при α > α тр.
Figure 4 – The stress state of the elementary volume of a granular body at α > α тр.
Принимаем, что:
о і - главное напряжение, возникающее в главной площадке от действия силы давления рабочей поверхности;
0 2 - главное напряжение, возникающее от соседних частиц сыпучего тела;
О а и о в - нормальное и касательное напряжения, действующие в площадках, наклоненных под произвольным углом а к главным площадкам;
а р.п. - угол наклона рабочей поверхности (витка шнека, рабочей емкости смесительного отсека и т.д.).
При рассмотрении технологических процессов угол наклона рабочей поверхности а р.п. может изменяться в широких пределах. Например, как это происходит в процессе обработки семян перед посевом в смесителе-инкрустаторе с высокоэластичным рабочим органом вследствие внешнего силового воздействия элементов механизма привода (штоков-толкателей) на рабочую поверхность [15].
Для упрощения принимаем условие, что а = а р.п.
По известным зависимостям механики деформируемого тела определим, что
7а = <7] cos2 а + 72 sin2 а ,(2)
_ _ 7—о1 . sin 2а.(3)
а2
Обозначим К =71 - коэффициент бокового давления. Тогда 02 = оі Кб.
После преобразований получаем:

Т а = ( 1 - Кб ) / sin2 a 7а ( 1 + К б ) V 1 - cos2 a
Условием равновесия слоя и отсутствия скольжения будет зависимость
' ^ f , (5)
7а где f – коэффициент трения частиц сыпучего тела.
Если угол наклона рабочей поверхности будет превышать угол внутреннего трения сыпучего тела (а > а тр. ) , то будет происходить скольжение частиц по стальной рабочей поверхности и истирание внешней оболочки семян.
Результаты исследования.
Рассмотрим напряженное состояние частицы сыпучего тела при столкновении с жесткой рабочей поверхностью, изготовленной из стали (рисунок 5). При возрастании боковых напряжений о2 со стороны соседних частиц и увеличении угла наклона рабочей поверхности коэффициент бокового давления будет возрастать, и частицы начнут теснее прилегать друг к другу. На рисунке 5 это состояние показано последовательно уменьшающимися пунктирными окружностями. При этом движение частиц постепенно прекращается вследствие уплотнения сыпучего тела в результате перераспределения частиц. Если главные напряжения 02 будут близки по значению главным напряжениям оі, то коэффициент бокового давления будет скольжение частиц по рабочей поверхности приближаться к единице (Кб →1) и прекратится.

Рисунок 5 – Напряженное состояние частицы сыпучего тела при столкновении с жесткой поверхностью
Picture 5 – The stress state of a particle of a granular body in a collision with a rigid surface
Следовательно, если рабочая поверхность изготовлена из жесткого недеформируемого материала, то для исключения истирания наружной оболочки семян при скольжении семенного материала по рабочей поверхности, необходимо уменьшать угол наклона рабочей поверхности и порозность сыпучего тела. Но выполнение этих требований приведет к уплотнению сыпучего тела и прекращению движения частиц и их перераспределению в его массе, что отрицательно скажется на технологических процессах смешивания и транспортирования семенного материала.
Рассмотрим случай частично поглощенного удара, представленного на рисун ке 1 (схема б), при котором столкновение частицы сыпучего тела происходит с жесткой стальной поверхностью, покрытой полиуретаном. При столкновении частицы сыпучего тела с такой поверхностью возникают местные деформации сжатия рабочей поверхности, и действующее напряжение σ1 получает бесконечно малое приращение Δσ1. В этом случае круг напряжений будет пересекать предельную кривую τпред. Это обстоятельство вызовет относительное скольжение частиц по рабочей поверхности и истирание внешней оболочки семени, которое будет продолжаться до тех пор, пока боковое напряжение от соседних падающих на рабочую поверхность частиц не возрастет на величину Δσ2, и напряженное состояние будет соответствовать кругу напряжения, лежащему ниже предельной кривой (рисунок 6). Система сил, действующих на частицу, будет находиться в равновесии до тех пор, пока боковое напряжение вышележащих частиц не возрастет из-за падения новых частиц и не нарушит равновесное состояние. Снова произойдет скольжение частицы по уклону, сопровождающееся местным вдавливанием ее в материал поверхности и истиранием наружного слоя частицы (семени). Следует отметить, что в некоторых случаях процесс истирания при использовании полиуретановых покрытий будет усиливаться, по сравнению с истиранием при скольжении частицы сыпучего тела по стальной поверхности, т.к. в ряде случаев коэффициент трения семян (зерна) по некоторым видам полиуретанов выше коэффициента трения по стали.

Рисунок 6 – Напряженное состояние частицы сыпучего тела при столкновении с жесткой рабочей поверхностью с полиуретановым покрытием
Picture 6 – The stress state of a particle of a granular body in a collision with a hard-working surface with a polyurethane coating
Покажем, как использование ударопоглощающих материалов при изготовлении рабочих органов сельскохозяйственных машин приводит к снижению вероятности разрушения поверхностного слоя семени и уменьшает или полностью исключает скольжение по наклонным рабочим поверхностям – витку шнека и другим подобным поверхностям.
Рассмотрим случай поглощенного удара, представленного на рисунке 1 (схема в), при котором столкновение частицы сыпучего тела происходит с ударопоглощающей рабочей поверхностью, изготовленной из высокоэластичного полиуретана. Для предотвращения травмирования семенного материала необходимо, чтобы семена находились во взвешенном состоянии и отскакивали от рабочей поверхности без скольжения. Для создания такого режима движения семян нужно, чтобы продолжительность скатывания потока семян по наклонной рабочей поверхности была меньше промежутка времени между последовательными встряхиваниями поверхности:
^скат ^ ^Бстрях , (6)
где t скат – продолжительность скатывания семян по наклонной образующей отсека;
t встрях – промежуток времени между встряхиваниями высокоэластичной рабочей поверхности.
Продолжительность скатывания зависит от длины уклона и ускорения частиц семенного потока. Ускорения частиц, движущихся по рабочей поверхности, зависят от угла наклона рабочей поверхности и коэффициента трения семян по рабочей поверхности [12, 16]:
ач = g(sina — ц- cosd) , (7)
где я^ – ускорение частиц семенного потока, м/с2;
μ – коэффициент трения семян по рабочей поверхности;
α – угол скатывания семян по наклонной рабочей поверхности отсека.
Угол скатывания семян по наклонной рабочей поверхности отсека зависит от высоты подъема рабочей поверхности.
Длител ьность скатывания [12 ]:
^скат I - , (8)
д • (sina — д • cosa)
где l – длина наклонной рабочей поверхности.
Если рабочая поверхность приводится в колебательное движение принудительно, как это происходит при обработке семян в протравочных машинах с ударопоглощающей рабочей емкостью, то промежуток времени между встряхиваниями смесительного отсека зависит от частоты внешних ударных воздействий на рабочую поверхность со стороны механизма привода. Если рабочая поверхность является поверхностью, образованной витком шнека, то промежуток времени между встряхиваниями зависит не столько от длины скатывания, сколько от способности материала рабочей поверхности упруго деформироваться под действием силы веса частиц сыпучего тела. На эту способность влияют физикомеханические свойства, в первую очередь, предел упругости эластомера, из которого изготовлен рабочий орган.

Рисунок 7 – Напряженное состояние частицы сыпучего тела при столкновении с высокоэластичной рабочей поверхностью
Figure 7 – The stress state of a particle of a granular body in a collision with a highly elastic working surface
На рисунке 7 представлено напряженное состояние семенного материала, испытывающего поглощенный удар при падении на рабочую поверхность, изготовленную из ударопоглощающего высокоэластичного материала. Напряжения, возникающие в частице сыпучего тела при столкновении с высокоэластичной ударопоглощающей рабочей поверхностью, не превышают напряжения, возникающие от силы веса соседних частиц сыпучего тела, вследствие поглощения ударных нагрузок благодаря растяжению рабочей поверхности. И круг Мора, построенный для такого напряженного состояния, будет значительно меньше кругов Мора, построенных для напряженных состояний при столкновении с жесткой поверхностью и поверхностью, покрытой полиуретаном, представленных на рисунках 5 и 6 соответственно.
Выводы. Результаты экспериментальных исследований процесса предпосевной обработки семян в емкостях с рабочими поверхностями различной жесткости подтверждают приведенное концептуальное обоснование использования ударопоглощающих рабочих органов сельскохозяйственных машин для снижения травмирования семян.
Теоретическое описание напряженных состояний частицы сыпучего тела при взаимодействии с поверхностями различной жесткости и выполненные ранее экспериментальные исследования позволяют сделать выводы, что для предотвращения травмирования семенного материала необходимо:
– использовать ударопоглощающие рабочие органы, изготовленные из эластомеров, обладающих способностью значительно растягиваться и сокращаться в пределах упругих деформаций;
– обеспечить такие условия взаимодействия семян и рабочей поверхности, при которых семена находились бы во взвешенном состоянии и отскакивали от рабочей поверхности без скольжения. Для обеспечения такого режима движения семян нужно, чтобы продолжительность скатывания потока семян по наклонным рабочим поверхностям была меньше промежутка времени между последовательными встряхиваниями рабочей поверхности.
Список литературы Концептуальное обоснование использования ударопоглощающих рабочих органов сельскохозяйственных машин для снижения травмирования семян
- Пехальский И.А., Артюшин А.А., Елизаров В.П., Славкин В.И., Сорочинский В.Ф. Методика определения комплексного травмирования зерна и семян машинами // Научный журнал КубГАУ. 2016. № 20. С. 399-411.
- Бурьянов А.И., Червяков И.В. Потери и трамирование зерна в процессе уборки и пути их снижения // Состояние и перспективы развития агропромышленного комплекса: сборник научных трудов XII Международной научно-практической конференции в рамках XII Агропромышленного форума Юга России и выставки «Интерагромаш» / Донской государственный технический университет, Аграрный научный центр «Донской». Ростов-на-Дону, 2019. С. 453457.
- Ионова Е.В., Скворцова Ю.Г., Филенко Г.А., Фирсова Т.И. Травмирование семян озимой мягкой пшеницы как показатель снижения ее посевных качеств // Зерновое хозяйство России. 2019. № 6 (66). С. 68-71.
- Родимцев С.А., Пьяных В.П., Дрин-ча В.М. Устройство для снижения травмирования семян зернобобовых культур // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2007. № 3. С. 7-11.
- Зотиков В.И., Сидоренко В.С., Грядуно-ва Н.В. Развитие производства зернобобовых культур в Российской Федерации // Зернобобовые и крупяные культуры. 2018. № 2 (26). C. 4-9.
- Хасанов Э.Р. Система предпосевной обработки семян в биологическом земледелии // Сберегающее (биологическое) земледелие в современном сельском хозяйстве: сборник научных трудов / Министерство сельского хозяйства Республики Башкортостан, Академия наук Республики Башкортостан. Уфа, 2014. С. 218-224.
- Московский М.Н., Адамян Г.А., Тихонов К.М. Оценка влияния шнековых рабочих органов транспортирующих устройств на показатели качества семенных материалов // Инженерный вестник Дона. 2015. № 4. С. 129-140.
- Фейденгольд В.Б., Белецкий С.Л. Причины травмирования зерна и меры по их устранению // Инновационные технологии производства и хранения материальных ценностей для государственных нужд. 2016. № 6. С. 204-217.
- Sukhanova M.V., Zabrodin V.P. Damage to seeds by the working bodies of continuous machines // International Journal of mechanical and production engineering research and development. 2019. No 5. P. 373-380.
- Резниченко С.В., Морозов Ю.Л. Большой справочник резинщика: в 2 т. / Издательский центр «Техинформ» Международной академии информатизации. Москва, 2012. 744 с.
- Мазурин В.Л. Полиуретан как конструкционный материал XXI века // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2013. № 2 (171). С. 165-170.
- Суханова М.В. Обоснование применения ударопоглощающих рабочих органов для снижения травмирования и интенсификации предпосевной обработки семян // Вестник аграрной науки Дона. 2020. № 3 (51). С. 4-10.
- Зенков Р.Л. Механика насыпных грузов. Издание 2-е, исправл. и доп. М., 1964. 251 с.
- Суханова М.В., Забродин В.П., Суханов А.В. Определение накопленной потенциальной энергии при импульсном воздействии на семена // Вестник аграрной науки Дона. 2018. № 3 (43). С. 5-8.
- Пат. 2666364 Российская Федерация МПК А01С 1/06. Передвижное устройство для предпосевной обработки семян / Суханова М.В.; заявитель и патентообладатель Суханова М.В. № 2017131820; заявл. 12.09.2017; дата гос. регистрации 07.09.2018.
- Забродин В.П., Бутенко А.Ф., Суханова М.В., Чепцов С.М. Исследование ударного воздействия механического устройства на семена озимой пшеницы // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2018. Т. 12. № 2. С. 14-19.