Выбор транспортирующего устройства для подачи семян на предпосевную обработку

Введение. Совершенствование технологии предпосевной обработки семян является одним из приоритетных направлений развития растениеводческой отрасли сельскохозяйственного производства России. Травмируемость семенного материала рабочими органами машин резко снижает урожайность сельскохозяйственных культур. Поэтому необходимость совершенствования существующих машин и разработка новых технических устройств, снижающих или полностью исключающих повреждение семян в процессе подготовки к посеву, является весьма актуальной проблемой.

Исследованиями травмирования семян и разработкой техники, снижающей травмирующее воздействие на семенной материал рабочих органов машин, занимались Л.П. Бельтюков [1], Н.Г. Байбобоев [2], А.А. Видикер [3],

В.П. Забродин [4], Е.В. Ионова и Ю.Г. Скворцова [5], Л.П. Кокина [6], И.Н. Краснов [7], Е.И. Кубеев и В.А. Смелик [8], А.Т. Лебедев [9], В.И. Лобанов [10], Э.Г. Нуруллин [11], В.И. Пахомов [12], В.В. Троценко [13], В.Б. Фейденгольд [14], Э.Р. Хасанов [15] и другие ученые.

В Азово-Черноморском инженерном институте продолжается научно-исследовательская работа в направлении создания модульного мобильного комплекса техники, защищающего семена от травмирования в процессе подготовки к посеву (рисунок 1). Уже разработано и внедрено в производство техническое устройство первого модуля – универсальный смеситель-инкрустатор с ударопоглощающим рабочим органом для предпосевной обработки семян зерновых, зернобобовых, подсолнечника и других культур [16].

разработано и внедрено в производство - developed and introduced in manufacture в стадии разработки

' underdevelopment

- планируется разработать planned to be developed

3 I

1 Универсальный смеситель-инкрустатор с ударопоглощающим рабочим органом для предпосевной обработки семян зерновых, зернобобовых, овощных и бахчевых культур

A universal mixer-incrustrator with a shock-absorbing working body for pre-sowing treatment of seeds of grain, leguminous, vegetable and melon crops

Me и ok Big Bag

3 Устройство с ударопоглощающими решетами для калибровки семян по плотности от пыли и сорных примесей

A device with shock-absorbing sieves for calibrating seeds by density from dust and debris

2 Tранспортер-эагрузчик с ударопоглощающими рабочими элементами Conveyor-loader with shock-absorbing working elements

Рисунок 1 – Мобильный модульный комплекс машин, исключающий травмирование семян при подготовке к посеву Figure 1 – Mobile modular complex of machines that eliminates damage to seeds when preparing for sowing

Материалы и методы исследования. Очередным этапом совершенствования технологии подготовки семян к посеву в направлении защиты семенного материала от травмирования рабочими органами машин является разработка транспортирующего устройства для подачи семян из места хранения в протравочную машину на обработку химическими или биоло- гическими препаратами. На начальной стадии научного исследования необходимо выполнить анализ существующих транспортирующих устройств.

На рисунке 2 представлена классификация транспортирующих устройств в зависимости от типа воздействия на перемещаемые грузы.

ТРАНСПОРТИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ TRANSPORTING DEVICES OF CONTINUOUS ACTION

Устройства пневматического действия

Devices of pneumatic action

Устройства механического действия

Devices of mechanical action

Устройства гидравлического действия

Devices of hydraulic action

С тяговым рабочим органом With hauling mechanism

ленточные belt plate пластинчатые plate скребковые scraper

ковшовые bucket

скребково-ковшовые scraper and bucket

Без тягового рабочего органа Without hauling mechanism винтовые screw роликовые roller

цепные chain штанговые rod

Рисунок 2 – Классификация транспортеров непрерывного действия Figure 2 – Classification of conveyors of continuous action

У производителей сельскохозяйственной продукции наибольшей популярностью пользуются ленточные, винтовые (шнековые), пластинчатые, ковшовые, скребковые, пневматические и гидравлические конвейеры.

Ленточные конвейеры получили широкое распространение в связи с их высокой производительностью (до 30 т/ч) благодаря высокой скорости перемещения ленты (до 8 м/с) и её ширине (до 2000 мм) [6, 13, 17]. К недостаткам ленточных конвейеров относятся: ограничение грузоподъемности ленты из-за пониженной, по сравнению с другими типами конвейеров, прочности несущего тягового органа, повышенный износ роликовых опор, проскальзывание и забивание ленты, ограничение высоты подъема перемещаемого груза, необходимость в дополнительных загрузочных и перегрузочных устройствах.

Пластинчатые транспортирующие устройства обладают большей, по сравнению с ленточными конвейерами, надежностью конструкции грузонесущего рабочего органа, более широким температурным диапазоном эксплуатации, возможностью монтажа промежуточных приводов. Пластинчатые транспортеры обладают более высокой производительностью при меньшей скорости движения полотна, отсутствии необходимости в загрузочных устройствах. К недостаткам конвейеров этого типа относятся высокая стоимость рабочих элементов, значительный вес рабочих органов, повышен- ный износ шарнирных соединений. К тому же пластинчатые транспортеры сложны в эксплуатации и техническом обслуживании.

Скребковые конвейеры по принципу волочения. В этих устройствах груз, поступающий через загрузочную воронку, перемещается скребками, движущимися по трубе или желобу. Достоинствами конвейеров такого типа являются универсальность использования, возможность перемещения самых разнообразных грузов, герметичность конвейеров с желобами, позволяющая избежать загрязнения и запыления груза, относительная простота загрузки и выгрузки, меньшая масса по сравнению с пластинчатыми конвейерами. Недостатками скребковых транспортеров являются трение перемещаемого груза о поверхность грузонесущего органа, скребки и боковые стенки желобов, приводящие к повышенному истиранию грузов и износу транспортирующих элементов, вследствие чего повышается энергоемкость устройства.

Ковшовые конвейеры (элеваторы) используются для перемещения грузов в вертикальном или крутонаклонном, близком к вертикальному, направлении. Достоинствами такого типа конвейеров являются: возможность транспортирования грузов без перегрузки по сложным маршрутам, относительная простота загрузки материала и его выгрузки, компактность. К недостаткам ковшовых конвейеров относятся большая масса, высокая стоимость, вызванная сложностью изготовления, повышенные затраты при эксплуатации [10, 17].

Винтовые конвейеры относятся к транспортирующим устройствам без гибкого тягового органа. Отличительными преимуществами таких конвейеров являются простота конструкции и обеспечение герметичности транспортирующего устройства. Достоинствами конвейеров с винтовым несущим органом являются эксплуатационная надежность, безопасность перемещения ядовитых материалов, простота загрузки и выгрузки. К недостаткам относятся повышенная энергоемкость, разрушение и измельчение перемещаемых грузов [9, 17].

Пневматические конвейеры (пневмотранспортеры) относятся к транспортирующим устройствам, в которых для перемещения грузов используется сжатый или разреженный воздух. К достоинствам таких устройств относятся герметичность, компактность, надежность и простота эксплуатации. Недостатками являются высокая энергоемкость, повышенный износ рабочих органов, истирание перемещаемых грузов.

В гидравлических конвейерах в качестве рабочей среды для транспортирования грузов используется вода. Достоинствами гидротранспортирования являются компактность, герметичность, гибкость трубопроводов, позволяющая варьировать их расположение в рабочем пространстве. К недостаткам относятся неизбежность влагонасыщения и переувлажнения груза при транспортировании, изнашивание рабочих органов, необходимость использования большого количества воды, высокая энергоемкость.

Результаты исследования и их обсуждение. Анализ результатов исследований ученых и сведений, полученных от производителей сельскохозяйственных культур, показывает, что наиболее травмоопасными для семенного материала являются винтовые и ковшовые рабочие органы транспортирующих устройств. Значительное травмирующее воздействие на семенной материал оказывают шнеки – винтовые рабочие органы, повреждение семян в которых достигает 25 и более процентов от общего объема. Опасность травмирования семян заключается в значительном снижении их способности к дальнейшему росту и развитию, что является причиной будущих потерь урожая [4].

В таблице представлены обобщенные показатели травмирования семян рабочими органами транспортирующих устройств на основании обзора литературных источников.

Еще одна значимая причина целесообразности создания транспортирующего устройства с ударопоглощающими элементами заключается в запросе сельхозтоваропроизводителей в такой технике, так как в фермерских хозяйствах отсутствуют собственные технические средства, защищающие семена от травмирования при загрузке и транспортировании в разработанный и востребованный смеситель-инкрустатор.

В результате выполненного патентного поиска были выбраны конструкции, аналогичные будущему загрузочно-транспортирующему устройству с ударопоглощающими элементами с изменяемым углом наклона.

Травмируемость семенного материала на транспортерах Damage rates of seed material on conveyors

Тип транспортирующего устройства Type of conveying device	Повреждение семян, % Damage seed, %
Шнековый (винтовой) Screw	2,3…17,3 (зерновые) 15,0…25,0 (бобовые) 2,3…17,3 (cereals) 15,0…25,0 (legumes)
Ковшовый (нория) Bucket (noria)	2,0…4,0 (зерновые) 3,0…8,0 (бобовые) 2,0…4,0 (cereals) 3,0…8,0 (legumes)
Пневматический Pneumatic	2,5…3,0 (зерновые) 2,5…3,0 (cereals)
Скребковый Scraper	0,6…1,4 (зерновые) 1,6…2,0 (бобовые) 0,6…1,4 (cereals) 1,6…2,0 (legumes)
Ленточный Belt	0,5..1,8 (зерновые) 0,5..1,8 (cereals)

Одним из аналогов является крутонаклонный ленточный конвейер, изображенный на рисунке 3 (авторское свидетельство RU 2 375286 C1). Конвейер включает в себя грузо-несущую (рабочую) (3) и холостую (4) ветви 17 ,         А      8 19, 20 15                 14 9 22 3 8 X^r^ 1 а а              19 15 14 12

бесконечной замкнутой ленты, закрепленной на приводном (1) и натяжном (2) барабанах. Под рабочей и холостой ветвями ленты установлены роликоопоры (5 и 6). 13    23 1 4 6 А-А 8                                                20 21 13 10 11 17 16  3              22  5 б b

а – вид спереди; б – вид конвейера в разрезе Рисунок 3 – Ленточный конвейер a – front view; b – sectional view of the conveyor Figure 3 – Belt conveyor

Ролики (9) содержат закрепленные на втулках (10) валики (11) с лопастями (12) из эластичного материала. С помощью поперечины (13) ось каждого ролика крепится на сдвоенных рычагах (14), поворачивающихся относительно шарниров (15), установленных на раме (16) с помощью П-образных стоек (17). Противовесы (19) и (20), установленные на рычагах (14), фиксируются стопорными винтами (21) и не позволяют грузу (22) скатываться вниз по ленте (рисунок 3 б ).

Недостатками заявленного изобретения являются необходимость в наличии загрузочного (7) и выгрузного устройств (8), металлоем-

Следующим аналогичным устройством является крутонаклонный конвейер, показанный на рисунке 4, содержащий ленту (1), огибающую приводной (2) и натяжной (3) ролики (барабаны) (авторское свидетельство SU 1 739 575 B65/G). На рабочей ветви ленты закреплена цепь (4) со скребками (5). На осях скребков закреплены емкости (6). В загрузочной части конвейера имеется металлический лист (7). Рабочая часть ленты перемещается по днищу (8). В каждой емкости установлены ролики (9), покрытые резиной, поддерживающие емкости на холостой ветви ленты.

кость и сложность конструкции.

Рисунок 4 – Крутонаклонный конвейер со скребками Figure 4 – Steep angled conveyor with scrapers

Сверху цепь закрывают направляющие (10). В металлоконструкции (11) имеются окна (12), из которых удаляются излишки груза мелкой фракции. Недостатками данного конвейера являются сложность и энергоемкость конструкции, травмирование перемещаемого материала, а также необходимость удалять излишки груза, накапливаемые направляющими.

Наиболее близким к разрабатываемой модели является техническое устройство, описанное в изобретении «Наклонный ленточный конвейер» (патент на изобретение RU 1 050 995 B65/G).

Предлагаемая конструкция конвейера содержит ленту (1), закрепленную на верхних (2) и нижних (3) роликах (рисунок 5). Лента огибает приводной (4) и натяжной (5) барабаны. На лен- те посредством шарниров (6) с ограничителями угла поворота (8) закреплены перегородки (7), соединенные гибкой полосой (9) (рисунок 5). Полоса является опорой перегородок. К недостаткам прототипа относятся сложность конструкции, ускоренный износ ленты и гибкой полосы, вызванный напряженным состоянием знакопеременного изгиба, а также вероятность травмирования транспортируемого материала при контакте с жесткими рабочими органами конвейера.

В качестве материала для изготовления ударопогощающих элементов транспортера-загрузчика принято решение использовать полипропилен (эластомер), как наиболее подходящий по своим антифрикционным свойствам материал [16, 18].

б b а – общий вид; б – поперечный разрез конвейера Рисунок 5 – Конвейер с перегородками a – general view; b – cross section of the conveyor Figure 5 – Conveyor with partitions

Выводы. На основании выполненного анализа существующих устройств и запатентованных моделей сформулированы требования к разработке нового технического устройства, обеспечивающего непрерывную загрузку семенного материала на обработку перед посевом и исключающего травмирование семян рабочими органами:

• 1.    Травмирование семян не более 0,1%, а также полное исключение разрушения семян.

• 2.    Возможность регулирования скорости движения ленты для обеспечения переменной производительности смесителя-инкрустатора.

• 3.    Бесшумность работы.

• 4.    Простота эксплуатации, обслуживания и ремонта.

• 5.    Технологичность.

• 6.    Пониженная металлоемкость и энергоемкость.

Дальнейшие научные изыскания будут посвящены обоснованию параметров и режимов работы нового транспортирующего устройства, удовлетворяющего заявленным требованиям.