Совершенствование бороздообразующих рабочих органов посевных машин для посева семян сельскохозяйственных культур в условиях повышенной влажности почвы

Введение . Увеличение объемов производства зерна является основной задачей сельскохозяйственного производства.

Главная задача размещения семян – получение максимальной урожайности при минимальных затратах на возделывание культуры. Размещение семян по площади поля можно характеризовать размерами и формой площади питания растений. Оба эти фактора определяются расстоянием между рядками (междурядьем) и расстоянием между семенами в рядке. Междурядье зависит от способа посева, а расстояние между семенами в рядке является функцией количества семян, высеваемых на единице площади поля.

Как показывают результаты исследования, большинство зерновых сеялок, выпускаемых в настоящее время и имеющихся в наличии в хозяйствах, оборудованы двухдисковыми сошниками. Использование таких сошников для посева семян зерновых колосовых культур в период февральских и мартовских «окон», когда поверх- ность поля быстро прогревается с образованием сухого слоя на глубину до трех сантиметров, а нижние слои до глубины восемь сантиметров имеют влажность 28–30 %, рабочие поверхности дисков сошников зерновых сеялок залипают влажной почвой. Это приводит к нарушению конфигурации борозды, нарушению агротехнических требований к качеству посева, увеличению тягового сопротивления посевного агрегата. В результате сеялка теряет работоспособность. До настоящего времени решение этой проблемы остается актуальной [1].

Цель исследования : совершенствование технологии посева семян зерновых культур в условиях повышенной влажности и технических средств для осуществления этого вида работ.

Методы и результаты исследования . Для решения поставленной цели нами предлагается новая конструкция бороздообразующего рабочего органа для сеялки, приспособленного к работе в условиях повышенной влажности почвы (рис.1.) [2].

Новый бороздообразующий рабочий орган – сошник (патент РФ № 2511237) позволяет достичь поставленной цели благодаря тому, что два бороздообразующих диска установлены параллельно направлению движения агрегата и выполнены в виде дисковых ножей с режущими кромками, по обе стороны которых болтами крепятся бороздообразующие накладки из полимерного материала, обладающего гидрофобными свойствами, что препятствует налипанию влажной почвы на рабочие поверхности бороздообразуюших дисков.

На рисунке 1 изображена сеялка с предлагаемым устройством для посева семян зерновых культур – общий вид и разрез модернизированного устройства для посева семян зерновых культур в разрезе. С наружной стороны дискового ножа 1 (разрез) прикреплена ступица 3 и крышка 4 , внутри которой находится шариковый подшипник 5 . Во внутреннем кольце шарикового подшипника 5 запрессован стержень болта 6 . Между дисковым ножом 1 и боковым круглым выступом 7 корпуса 8 находится резиновый кольцевой уплотнитель 9 . Корпус 8 имеет сверху гребень 10 в передней части, у которого есть гнездо 11 для крепления поводка 12 (разрез), а задней – раструб 13 , к которому присоединяется семяпровод 14 , а к нижней части прикреплена делительная воронка 15 . Внедрение сошников в почву осуществляется под нажимом спиральных пружин 16 , надетых на штанги 17 , нижние концы которых опираются на поводки 12 , а верхние соединены шарнирно с вилками подъема 18 .

Рис. 1. Модернизированная сеялка:

1 – дисковый нож; 2 – бороздообразующая накладка; 3 – ступица; 4 – крышка; 5 – подшипник;

6 – болт; 7 – боковой выступ; 8 – корпус; 9 – резиновый уплотнитель; 10 – гребень; 11 – гнездо;

12 – поводок; 13 – раструб; 14 – семяпровод; 15 – делительная воронка; 16 – пружина; 17 – штанга;

18 – вилка подъема

Бороздообразующее устройство (разрез)

Выражение для определения сопротивления бороздообразующего диска качению можно записать в следующем виде:

P = q·V, (1)

где q – коэффициент пропорциональности, равный нагрузке на бороздообразующий диск; V – объем почвы, вытесняемый бороздообразующим диском.

Для получения зависимости, определяющей сопротивление качению бороздообразующего диска, необходимо определить объем почвы, вытесненный бороздообразующими дисками, и подставить его в выражение (1).

Объем почвы, вытесненный диском, может быть определен по выражению

дном и стенками посевной секции, а также определение сопротивления движению бороздообразующего диска. Введем его в полученное выражение и освободимся от неизвестной величины α, выразив ее в зависимости от сопротивления:

9 P ³ • BD² q 4G³

Из выражения (5) получим зависимость для определения сопротивления качению бороздообразующего диска:

4 G ⁴

P = з      ,   .

9 BD ² q

или

V = ^{a r} . B

a • r ² • Bq

В соответствии с рисунком 2, удельная работа L, производимая при сжатии почвы бороздообразующим диском, внедряющимся на глубину h о , представлена следующим образом:

L = J p dh = jqh n dh = qh— ,      (7)

0       0            n + ¹

где В – толщина бороздообразующей накладки, м; r – радиус накладки, м,

или P =

a • BD ² q

3 • 4

где D – диаметр бороздообразующего диска, м.

Одной из задач исследования является формирование бороздок для семян с уплотненным

где q – коэффициент пропорциональности; ρ – удельное давление, Н/м2.

Принимая, что тяговое усилие Р, равное сопротивлению перекатывания бороздообразующего диска, приложено к центру окружности обода диска и зависит от давления на почву в вертикальном направлении, можно принять, что работа на пути S будет равна [2]

PS = SBL.                  (8)

Рис. 2. Схема сил, действующих на бороздообразующий диск

В частном случае, если n = 1, как приняли А.Х. Гранвуане и В.П. Горячкин [4], получим следующее:

P = qBh

2   ,

Так как величина (hо-h)2 довольно мала, можно считать, что x2 = D (h0 — h ), 2 xdx = — Ddh,

Ddh     Ddh dx =--= —,    ----.

2 x   2 D ( h₀ — h )

а при условии n = 1/2:

2 qBh 0 ^3/2

.

Подставляя полученное значение dx в выражение (11), имеем

Для удобства величину h о заменим значением нагрузки G . Из рисунка 2 видно, что

h ₀

G = BqJD J

hndh

2 4h—t ■

h ₀

j dN cos a =

h ₀

— J p Bdx = G .

С учетом введенного для интегрирования значения: h о -h=t² получим

dh dt =

2 t

Принимая во внимание выражение (4), получим

h ₀

G = — J Bqhⁿdx.

Уравнение (12) с учетом пределов интегрирования примет вид

h ₀

G = BqJD J

( h ₀ — t ² }dh 2 t

t = h о

= BqJD J ( h ₀ — t² ^dt . ⁽¹³⁾

Так как интегрирование нужно вести в пределах глубины хода бороздообразующего устройства, то dx можно выразить в зависимости от h. Воспользуемся условием, что произведения отрезков пересекающихся хорд АВ и ЕС равны между собой. Тогда получим x2 = [D — (h0 — h)] • (h0 — h).

Применяя бином Ньютона для вычисления величины ( h ₀ — t ² ) ^h , ограничимся первыми двумя членами, т. е. будем считать, что

( h ₀ — t ² ) n = h n — h h —^{— 1}t ².

Тогда

h0

G = BqJD J ( h n

— hh h 1 t² dt = BqJD h h t —

hhJJ

Так как бороздообразующий диск образует бороздку по свежеобработанному полю при n=1, то

G = - BqJDh 2 .

При работе в тяжелых условиях при наличии пожнивных остатков и почвенных комков при n=1/2, получим

G = ⁵ Bq4Dh .         (16)

Определим из уравнений (15) и (16) глубину хода бороздообразующего диска h о при n=1:

h о =

3 G ^ ³

^ 2 BqJD J

9 G ²

= 3 ----x.

4 B ² qD

p = qB^- = q_B (J ² = _Q_86₃      ,

2    2 ^ 2 BqjD J       qBDD²

при n=1/2 :

h o =

6 G

5 Bq D ^,

_p = 2 qBh 3 = 2 qB ( _6G_ J ² = 0.88 I   G³   . (20)

3     3 15 BqJD ^J    . qqBDi^ ’

Выводы . Результаты теоретических исследований работы бороздообразующего диска показывают, что полученные аналитические зависимости позволяют оптимизировать конструктивные параметры диска с целью формирования профиля и дна борозды.

Установлены зависимости для определения реакций почвы, действующих на бороздообразующий диск при работе, плотности дна борозды, образованной сошником, конструктивных параметров посевной секции и равномерности глубины хода, что важно для энергетической оценки нового заделывающего рабочего органа.