Теоретическое обоснование параметров клавишного рассеивателя семян дискового сошника

При возделывании зерновых культур процессу посева уделяют особое внимание, так как от равномерного распределения зерновки на необходимую глубину заделки зависит не только появление одновременных всходов, но и повышение урожайности. Равномерность при распределении семян является одной из наиболее трудновыполнимых задач при осуществлении процесса посева зерновых культур [4].

Для того чтобы повысить урожайность сельскохозяйственных культур в почвенно-климатических условиях Республики Бурятия, где существует проблема нехватки влаги и выветривания почвы, необходимо соблюдать агротехнические требования, предъявляемые к посеву, а именно: зерновка должна равномерно распределяться в засеваемой полосе так, чтобы каждая из них имела площадь питания, приближенную к оптимальной. Это обеспечит одновременные всходы и, как следствие, дальнейшее нормальное развитие растений. На рассеивание семян по площади питания основное влияние оказывают конструктивные особенности рабочих органов посевной машины.

В технологическом процессе рассеивания семян между дисками главную роль играют конструктивные особенности рассеивающего устройства.

Условия и методы

Известна конструкция узкорядного сошника для осуществления посева полосовым способом [2]. В данной конструкции во избежание загущенности зерновки по засеваемой полосе делительная воронка была заменена на профилеобразователь и рассеиватель семян. Для того чтобы повысить равномерность распределения семян, цельнометаллический рассеиватель был заменен на клавишный [1]. Была выдвинута научная гипотеза о зависимости распределения семян от их послеударной скорости [3]. С целью обоснования основных параметров клавишного рассеивателя были проведены теоретические изыскания с применением компьютерных программ.

Результаты и обсуждение

Для эффективного функционирования двухдискового сошника следует определиться с основными параметрами его рабочего органа: длиной, шириной, количеством клавиш рассеивателя.

Длина клавиши рассеивателя определяется с учетом траектории движения семенного материала между дисками.

Для предотвращения соударения зерновки о профилеобразователь дальность отлета зерновки Х max должна быть меньше расстояния до профилеобразователя L (рис. 1). Поэтому длина клавиши должна отвечать следующему неравенству:

(-tga+VD) 2V 2 •cos²a

≤ L,

2g где a - угол наклона рассеивателя, рад.; 71 - скорость зерновки после удара, м/с; g - ускорение свободного падения, м/с2.

На дальность отскока семян от распределителя непосредственное влияние оказывает скорость ее полета, зависящая от деформации одной клавиши рассеивателя в сторону направления удара. Раскрыв значение конечной скорости полета зерновки, получим неравенство:

(-tga+VD) 2 ((У о *К в *К₅ д ))² •cos²a

≤ L,

2g где a - угол наклона рассеивателя, рад.; g - ускорение свободного падения, м/с2; 70 - скорость зерновки перед ударом, м/с; Кв - коэффициент восстановления; К§д - коэффициент, учитывающий потерю кинетической энергии семени на прогибание клавиши рассеивателя.

Раскрыв и преобразовав выражение (2), получим неравенство, которое определяет значение длины клавиши:

l <

3 L  4 ^p2 i³/ I   2Но^аЛ³\\

(70 7^ ^V+^PP^)) 3£7

,

где N - сила удара, Н; К д - динамический коэффициент; P - вес семени, кг; T 0 – кинетическая энергия до удара, Дж; l - длина клавиши рассеивателя, м; h - толщина клавиши рассеивателя, м; a - ширина клавиши рассеивателя, м; Н 0 - начальная высота падения зерновки, м; E - модуль упругости, Мпа; J - момент инерции.

Рисунок 1 – Схема движения семян:

1 – рассеиватель сошника; 2 – профилеобразователь сошника

Решив данное неравенство на основе численных значений в системе Mathcad v.12.0, получим, что длина клавиши будет равна 0,1104 м.

Для обеспечения попадания потока семян непосредственно на рассеиватель его длина по конструктивным особенностям должна быть не менее 0,07 м.

Учитывая конструктивные особенности рабочего органа сеялки, а также опираясь на полученные результаты вычислений, получим, что значения длины клавиши рассеивателя находятся в пределах от 0,07 до 0,11 м.

Для подтверждения выдвинутой научной гипотезы о том, что послеударная скорость полета семян влияет на их равномерное распределение, была выявлена зависимость послеударной скорости семян от основных параметров клавиши рассеивателя:

V1 = КЛв

^^1+

J           т0

2H₀-E-ah³ 4Р-1³

)

,

где V₀ - скорость зерновки перед ударом, м/с; К в - коэффициент восстановления; Т о - кинетическая энергия до удара, Дж; P - вес семени, кг; l - длина клавиши рассеивателя, м; h - толщина клавиши рассеивателя, м; a - ширина клавиши рассеивателя, м; Н 0 - начальная высота падения зерновки, м; E - модуль упругости, МПа.

Найденная зависимость определяет и оптимальное значение модуля упругости материала, при котором будет достигаться возможное снижение послеударной скорости семян. Выбор материала изготовления рассеивателя основывается на значении модуля упругости.

Рисунок 2 – Схема расположения рассеивателя в междисковом пространстве, вид сзади:

1 - диски сошника; 2 - рассеиватель

Минимальная высота, на которую возможна установка рассеивателя h _mi_n (рис. 2), напрямую зависит от динамической деформации клавиши рассеивателя δд и ограничивается его числовым значением:

^hmin ^— ^Д.                                       (5)

Разложив значение δд на составляющие в формуле (5), получим неравенство:

К д Р1³

^hmin ^— ^pj ,                                       ⁽⁶⁾

где К д - динамический коэффициент; P - вес семени, кг; l - длина клавиши рассеивателя, м; E - модуль упругости, Мпа; J - момент инерции.

Решая неравенство с числовыми значениями в программе Mathcad v.12.0, получим высоту h min — 0,15431 м.

В связи с конструктивными особенностями сошника максимальное значение будет ограничено и составит h min ≈ 0,19.

Отсюда следует, что теоретическое значение высоты установки рассеивателя будет находиться в пределах от 0,15 до 0,19 м.

Ширина клавиш (ширина рассеивателя) b р ограничивается расстоянием между дисков b c . Для эффективной работы сошника необходимо учесть зазоры между рассеивателем и дисками z (см. рис. 2).

Следовательно, можем записать неравенство в следующем виде:

b p _c - z.                                    (7)

Следует учесть и ограничение максимального зазора z, численно не превышающее ширину одной клавиши. Исходя из этого, получим неравенство:

z < а,                                              (8)

где а - ширина клавиши рассеивателя, м.

Применив формулу момента инерции при продольной деформации, можем установить ширину одной клавиши, которая определится по выражению:

_ 12J x h ^{3 .}

Формула для подсчета количества клавиш на одном рассеивателе К к :

К к

b p

.

а

Заключение

В проведенной работе получено теоретическое обоснование параметров рабочего органа двухдискового сошника для осуществления посева зерновых культур полосовым способом. Расчеты по представленным в данной статье формулам и неравенствам показали, что для эффективной работы сошника ширина его рассеивателя должна быть 0,0742 м с количеством клавиш, равном 7, при зазоре между ними 0,0031 м, ширине одной клавиши, равной 0,0096 м, при длине 0,07 - 0,11 м.