Теоретическое обоснование конструкции универсального дозирующего элемента высевающего аппарата вакуумной пропашной сеялки

Традиционно в вакуумных высевающих аппаратах для присасывания семян используют круглые отверстия. В процессе работы высевающего аппарата, на присосавшееся к такому дозирующему элементу семя действуют силы, показанные на рисунке 1 [1].

Из схемы видно, что вынос семян происходит благодаря силе трения поверхности высевающего диска о присасываемое семя F и силе подпора семян ворошителем PПВ . При этом на семя действуют и силы сопротивления выносу: сила трения прилежащего слоя семян о присасываемую частицу РТР , сила вертикального давления вышележащего слоя семян РВ , сила тяже- dV сти mg и сила инерции m . dt

Гарантированный вынос семени будет обеспечиваться, если выполнено условие

F ∑ R

≥ 1 ,

где F – сила трения поверхности высевающего диска о присосанное семя, Н ;

ΣR – сумма сил сопротивления выносу, Н .

Рис. 1. Схема сил, действующих на присасываемое семя в слое семян

Рис. 2. Пустоты в зоне захвата семян

Практические исследования работы серийного высевающего аппарата с круглыми присасывающими отверстиями [2] показали, что в результате «восходящего истечения», по мере выноса семян из полости семенной камеры, в зоне активного захвата семян и аэродинамического поля присасывающих отверстий за выносимым из семенной камеры семенем создаются пустоты (рис. 2).

Образованные таким образом пустоты препятствуют присасыванию и выносу семян из семенной камеры. Поэтому при

Рис. 3. Возможное расположение семян относительно присасывающего отверстия

При этом сила присасывания каждого семени буд ет определяться по формуле

Ғ ПРр = k - S 3 - H , (2) где k – коэффициент просасывания воздуха, k =0,9…1,5;

работе высевающего аппарата появлялись групповые пропуски подачи семян (нулевые подачи) по 5...15 штук подряд.

Таким образом, из-за отсутствия семенного материала на траектории движения дозирующего элемента, а также из-за того, что семена не имеют идеальную круглую форму, которая принимается в допущениях [3], семя не всегда полностью перекрывает присасывающее отверстие.

Возможно следующее расположение семян на траектории дозирующего элемента (рис. 3).

Рис. 4. Схема расположения семян у дозирующего элемента модернизированного высевающего диска

S 3 – площадь семени, перекрывающая присасывающее отверстие, м²;

H – разрежение в вакуумной камере, Па.

Малые значения S3 ухудшают работу аппарата. Таким образом, присасыва- ющие отверстия круглой формы не являются наиболее оптимальными с точки зрения процесса дозирования семян. В связи с этим предлагается изготавливать дозирующие элементы в виде радиальных прорезей, что позволит обеспечить гарантированное попадание хотя бы одного семени на траектории движения дозирующего элемента (рис. 4). Для увеличения ширины траектории движения дозирующего элемента, ее длина должна быть максимальной и приниматься, исходя из расстояния от кромки высевающего диска до стенки семенной камеры, с учетом максимального захвата семян в семенной камере.

Ширина радиально расположенных отверстий определяется, исходя из выражения [4, 5, 6]

t = (0,5...0,7) • c, (3)

где t – ширина радиально расположенных отверстий, мм;

с – минимальная толщина высеваемых семян, мм.

Условие (3) позволяет предотвратить забивание семян в прорези дозирующих элементов.

Проведенные с помощью программы Mathcad, V13.0 расчеты показывают, что для серийного высевающего аппарата при высеве кукурузы отношение сил (1) лежит в диапазоне от 0,65 до 1,35. То есть процесс выноса семян из семенной камеры происходит в неустойчивом режиме. В модернизированном высевающем аппарате достигается устойчивое значение этого отношения (F/ΣR≈1,34), что обеспечивает гарантированное присасывание семян к дозирующим элементам.

Недостатком предложенного дозирующего элемента является то, что он способствует образованию большого количества двойных и даже тройных подач. Это приведет к ухудшению условий работы сбрасывателя лишних семян и в конечном итоге снизит равномерность семенного потока. В связи с этим предлагается изменить форму вакуумной камеры, контактирующей с дозирующим элементом.

Стендовые испытания показывают, что наибольшее прилипание семян к при- сасывающим отверстиям в высевающем диске наблюдается в самой нижней части семенной камеры [7]. Таким образом, вакуумная камера должна иметь наибольшую ширину рабочей зоны в нижней части семенной камеры (рис. 5). Далее вакуумная камера должна уменьшаться по ходу вращения диска до начала воздействия на посевной материал сбрасывателя лишних семян. Это позволит «облегчить» работу сбрасывателя лишних семян за счет сужения зоны присасывания семян (часть лишних семян падает в семенную камеру). После сбрасывателя лишних семян ширина вакуумной камеры остается постоянной. В этом случае на семя действуют силы, представленные на рисунке 6.

Центробежная сила Р ц пренебрежимо мала, отсюда следует, что

F « m • g.

С учетом условия (2)

F = k • S₃ • H • f , где f – коэффициент трения семени о поверхность высевающего диска, f =0,3…0,5.

Тогда

m • g = k • S3 • H • f,

_ m • g

^ k • H • f ’

где h – ширина щели, м.

Для того чтобы обеспечить гарантированное удержание семени с учетом просасы-вания воздуха, принимаем коэффициент запаса k з =4. Тогда ширина щели h =3,2 мм.

Для проверки качества работы модернизированного аппарата были проведены сравнительные лабораторные испытания серийного вакуумного аппарата сеялки СПК-8 со стандартными высевающим диском и прокладкой и этого же аппарата с измененной конструкцией прокладки и высевающего диска.

Рис. 5. Прокладка вакуумной камеры

Рис. 6. Схема сил, действующих на семя после зоны воздействия сбрасывателя лишних семян

Эксперимент проводился на некалиброванных семенах кукурузы средней фракции, при разрежении в вакуумной камере 4 кПа и диаметре круглых присасывающих отверстии серийного высевающего диска 5 мм. Каждый опыт проводился в трех повторностях, число подач каждой повторности – 300 шт.

Режимы работы аппарата, полученные данные и результаты их обработки приведены в таблицах 1 и 2.

При обработке данных критерии точности опытов определялись для сред- ней подачи семян (М) дозирующими элементами по повторностям, как для наиболее обобщенного показателя.

В таблице приняты следующие обозначения: n – частота вращения высевающего диска, рад/с; n 0 – количество нулевых подач, шт.; n 2 – количество двойных подач, шт.; М – средняя подача семян одним дозирующим элементом, шт.; Р 0 – частость нулевых подач, %; Р 2 – частость двойных подач, %; σ М – среднее квадратичное отклонение подачи семян по повторностям; m М – относительная ошибка опыта, %.

Таблица 1

Результаты экспериментальных исследований серийного высевающего аппарата

n , рад/с	n 0 , шт.	n 2 , шт.	М , шт.	n 0ср , шт.	n 2ср , шт.	P 0 , %	P 2 , %	Mср , шт.	σ M , шт.	m M , %
0,25	1,0	8,0	1,02	1,00	5,67	0,33	1,89	1,01	0,005	0,269
	1,0	4,0	1,01
	1,0	5,0	1,01
0,45	3,0	4,0	1,02	3,00	3,67	1,00	1,22	1,01	0,008	0,467
	2,0	4,0	1,01
	4,0	3,0	1,00
0,65	2,0	5,0	1,01	4,00	5,33	1,33	1,78	1,00	0,009	0,543
	5,0	2,0	0,99
	5,0	9,0	1,01
	1,0	33,0	1,11
	5,0	34,0	1,10

Таблица 2

Результаты экспериментальных исследований модернизированного высевающего аппарата

n , рад/с	n 0 , шт.	n 2 , шт.	М , шт.	n 0ср , шт.	n 2ср , шт.	P 0 , %	P 2 , %	Mср , шт.	σ M , шт.	m M , %
0,25	1,0	2,0	1,003	0,67	2,33	0,22	0,78	1,005	0,003	0,190
	1,0	2,0	1,003
	0	3,0	1,010
0,45	1,0	1,0	1,000	0,67	2,00	0,22	0,67	1,004	0,006	0,353
	1,0	1,0	1,000
	0	4,0	1,013
0,65	2,0	0,0	0,993	1,33	0,667	0,44	0,22	0,998	0,007	0,382
	0	2,0	1,007
	2,0	0,0	0,993

Сравнительный анализ данных таблиц позволяет сделать вывод, что при работе аппарата с модернизированным высевающим диском наблюдается более качественный процесс высева семян. Количество нулевых и двойных подач модернизированного высевающего аппарата при частоте вращения высевающего диска n =0,65 рад/с в 3 и в 8 раз соответственно меньше, чем у серийного. Таким образом, внедрение модернизации позволит обеспечить значительную прибавку урожая за счет более рационального использования посевных площадей и позволит сократить затраты на посевной материал.