Обоснование параметров высевающего аппарата

Целью проводимой работы являются исследования процесса передвижения материала в высевающем аппарате и подбор оптимальных режимов работы высевающего аппарата для наиболее эффективной его работы.

В комплексе технологических операций по возделыванию мелкосеменных культур, наиболее ответственными в начальный период является качественное выполнение следующих технологических операций – предпосевной обработки почвы, внесению минеральных удобрений, посеву с одновременной заделкой высеваемого материала.

Применяемая в настоящее время технология возделывания льна – долгунца на этапах основной и предпосевной обработки почвы, внесения минеральных удобрений и посева льна – долгунца излишне многооперационная, имеет большие затраты труда, материальных ресурсов, вызывает излишнее разрушение строения почвенного горизонта.

Существующие технические средства для внесения минеральных удобрений и посева семян льна – долгунца не в полной мере удовлетворяют исходным требованиям по качеству выполнения технологических процессов по глубине заделки, площади питания растений. Кроме этого, имеющийся комплект оборудования не позволяет осуществлять локальное внесение минеральных удобрений в рядки отдельно от семян и глубже их. Совместное же внесение гранул удобрений и семян в рядки при посеве приводит к снижению количества и дружности всходов растений, а следовательно и к снижению урожая и качества выходной льнопродукции.

Катушечные высевающие аппараты разных модификаций непригодны для высева льна – долгунца и ярового рапса по установленной агротребованиями норме (6…12 кг/га). Для обеспечения посева по установленной норме высева семена перед посевом смешивают с дополнительным балластом (песком, опилками, гранулированными суперфосфатами и др.), что приводит к увеличению трудоёмкости процесса и к дополнительным затратам материально – технических средств [1]. Высевающий аппарат является одним из основных адаптеров при технологической операции посева льна – долгунца, позволяющий влиять на систему «Урожай = скорость + точность» [2].

Однако, высевающий аппарат на существующих сеялках не в полной мере удовлетворяет требованиям по равномерности распределения семян льна – долгунца в рядке и не позволяет качественно высевать мелкосеменные культуры, такие как яровой рапс, клевер, посевы которых с каждым годом в условиях Нечерноземной зоны России увеличиваются. В последнее время в ФГБОУ ВПО «Тверская ГСХА» совместно ФГБНУ «ВНИИМЛ», создано оборудование для локального внесения минеральных удобрений между рядками высеваемых семян к вновь создаваемому блочно – модульному адаптеру для обработки почвы.

Основная часть. В связи с вышеизложенным, возникает необходимость в разработке универсальной высевающей системы для возделывания мелкосеменных культур. При выполнении работ по обоснованию универсальной высевающей системы был проведён патентный поиск ретроспективой 15 лет по классам «А01С15/08» и «А01С17/00». На основе выполненного патентного поиска разработан высевающий аппарат, защищённый патентом РФ № 110589.

Технологический расчёт высевающего аппарата сводится к определению конструктивных параметров корпуса, высевающего диска и режимов его работы – частоты вращения.

Производительность высевающего аппарата «UO» за один оборот высевающего диска определяется из выражения (1).

U = π⋅DP ⋅QЗ ⋅а

⁰ 1000 ⋅ γ ⋅ (1 - ε ) ⋅ i

где DР – диаметр приводной бороны, см ;

QЗ – норма высева семян заданная, кг/га;

а – ширина междурядий, см;

γ - плотность семян льна – долгунца (800…1150 кг/м3 [2, с. 57])

ε - коэффициент скольжения;

i – передаточное отношение привода.

При выполнении расчётов имеется ввиду, что передаточное отношение «i» ограничено линейной скоростью высевающего диска «VД», отнесённого к его диаметру «D».

Для льняного высевающего аппарата будет приемлемо выражение (2).

^{V Д} = (0,12...0,16) ^{V М} d_Д             d_Д

где VM – скорость движения агрегата, км/ч.

Рабочий объём отверстий диска высевающего аппарата может быть определён также исходя из размеров высевных отверстий, геометрической формы их сечения и высевного канала по выражению (3).

U =U +U

O      отв .       акт .

где ^{Uотв .} - объём семян, заполнивших отверстия;

U акт. - объём семян активного слоя.

Результаты, полученные по формулам (1) и (3) отличаются на 8,3%. Корректировка рабочего объёма высевающего диска может быть проведена путём уточнения размеров ячеек высевающего диска или изменением передаточного отношения привода. Равномерность истечения зерновой струи, подаваемой высевающим аппаратом, зависит в частности от параметров высевного отверстия, скорости вращения высевного диска и размеров высевного окна.

Рассмотрим условие выброса семян из ячейки в высевное окно, приняв условно единичное семя за материальную точку, имеющую массу «m», совпадающую с центром тяжести и поместив её в начало координат в точке «О» (рисунок 1).

V X 0

Y

Рисунок 1 – Схема взаимодействия высевающего диска с высеваемым материалом

Уравнение движения точки «m» можно записать в виде выражения (4).

m ■ ® = E F n                      (4)

Проектируя обе части уравнения (4) на оси координат получаем уравнение движения точки «m» (5,6).

d2X m—— = 0

dt ²

d2Y m—= m ■ g dt2                                         (6)

Интегрируя уравнения (5) и (6) движения частицы после ряда преобразований, получим формулу для определения диаметра окна корпуса высевающего аппарата (7).

d = b ^{+ 2} ^ ^V^

^g                                 (7)

где VX – скорость движения семени льна – долгунца при выпадении из ячейки;

b – высота падения семени льна – долгунца до соударения со стенкой окна;

g – ускорение свободного падения;

Агротехнические и эксплуатационно–технологические параметры определялись экспериментальным путём на специальной лабораторной установке, позволяющей изменять режим его работы в широком диапазоне.

В лаборатории № 1 разработан, изготовлен и испытан в лабораторных условиях высевающий аппарат, который обеспечивает высокие показатели качества распределения семян по семепроводам, легко и быстро очищается от остатков семян и может служить в качестве основного при посеве мелкосеменных культур. Высевающий аппарат предназначен для внесения минеральных удобрений [3] и семян в почву при возделывании льна – долгунца и других мелкосеменных культур (рисунок 2).

а                                    б

• а – вид спереди; б – вид сверху

• 1    – бункер; 2 – крышка бункера; 3 – патрубок для загрузки высеваемого материала; 4 – выталкивающие лопасти; 5 – тарелка; 6 – высевное окно; 7 – приводная ось; 8 – скребки; 9 – патрубки.

Рисунок 2 – Высевающий аппарат

Технологический процесс работы высевающего аппарата протекает следующим образом. Высеваемый материал загружается в бункер 1 через патрубок 3. Приводимая ось 7, с закреплённым на ней рабочим органом тарельчатого типа, начинает вращаться. Масса высеваемого материала, поступающая на рабочий орган – тарелку 5 и проходя через выталкивающие лопасти 4, выносится скребками 8. Отмечается, что выталкивающие лопасти 4 установлены для предотвращения попадания значительного потока высеваемого материала на высевающую тарелку 5. Скребки 8, выполненные в виде формы логарифмической спирали переносят высеваемый материал в патрубки 9, откуда распределяются равномерно на два потока.

На рисунке 3 показаны графическая зависимость нормы высева семян льна – долгунца (Q) от частоты вращения (n) высевающего диска аппарата с двенадцатью высевными окнами (1) и (2) - для четырёх подобных аппаратов, из расчёта проектирования 48-ми рядной сеялки для льна – долгунца.

• 1    – на один высевающий аппарат; 2 – на три высевающих аппарата Рисунок 3 – Зависимость нормы высева от частоты вращения диска Из рисунка видно, что норма высева изменялась прямо пропорционально частоте вращения высевающего диска в диапазоне от 3,2 до 35 мин-1. При дальнейшем увеличении частоты вращения диска норма высева снижалась.

На рисунке 4 показана зависимость повреждения (дробления) семян льна – долгунца в зависимости от режимов работы высевающего аппарата. Из графика следует, что повреждение семян возрастает с увеличением частоты вращения высевающего диска аппарата, но не превышает значений в диапазоне оптимальных норм высева, допускаемых исходными требованиями по данному показателю.

Рисунок 4 – Зависимость дробления семян льна – долгунца от частоты вращения высевного диска

Одним из основных показателей качества работы высевающего аппарата является неравномерность высева семян по семепроводам и неустойчивость общего высева. По результатам выполненного экспериментального исследования установлено, что неравномерность высева в диапазоне норм высева от 87 до 168 кг/га составила в среднем 2,4%, а неустойчивость общего высева – 0,4% при допускаемых значениях 4 и 3% соответственно.

Установлено также, что норма высева семян не оказывает существенного влияния на указанные параметры, а абсолютное значение находится в допускаемых пределах.

Выводы. Таким образом, проведено обоснование основных конструктивных и кинематических параметров комбинированного высевающего аппарата. Основные параметры комбинированного высевающего аппарата следующие: диаметр высевающего окна d = 20 мм; высота высевающего окна c = 11 мм; высота ячейки a = 4 мм; диаметр расположения высевающих окон на диске D = 290 мм.

При этом контролируемые значения параметров для качественного выполнения технологического процесса следующие:

• -    радиальный зазор между выступом высевающего аппарата и корпусом должен быть не менее 0,3 мм;

• -    торцевой зазор между рабочей дорожкой распределителя и корпуса должен быть 0,1…0,2 мм.

Выполнение представленных условий при проектировании высевающего аппарата обеспечит равномерное распределение семян по полю и выполнение заданной нормы высева культуры.