p.g.t. Ust'-Kinel'skiy, Samara, Russian Federation
p.g.t. Ust'-Kinel'skiy, Samara, Russian Federation
UDK 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
GRNTI 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
The purpose of the research is to improve the quality of sowing in a row by improving the design and process de-pendent parameters of a belt feed with disks for a nursery planter. The main task of the sowing process is the best possible seeding into the soil in order to ensure the best conditions for their germination and further crop yield in general. To obtain high and stable yields, seeding machines must ensure a continuous and even seeding, the sta-bility of standard quantity of seed per hectare, possibility of seeding various crops, minimal damage, easy and con-venient feed for a required seeding rate. The research was conducted on the basis of the Samara State Agrarian University. The design and process dependent scheme of a belt seeding machine with disks was presented. Theo-retical studies of the supply port of the tanker feed chamber and laboratory tests were carried out, which made it possible to select the best design parameters of the belt feed with disks to obtain even continuous seeding. An ex-pression is obtained for optimal value of the supply port opening, depending on the design and process dependent parameters of the feed roller and properties of seed. Laboratory studies were carried out to value the dependence of the supply of a belt feed with disks on the design and process dependent parameters of operation. All experi-ments were carried out involving sole feeding machine in laboratory conditions on a bench maintenance test set. The research methodology provided for determining the minimum required opening value of the supply port of a belt feed with disks on the basis of its operational performance equation. The optimal experimental values of seed-ing of a feed Q(min) = 0.083 kg/min and Q(max) = 0.2 kg/min were obtained, at which necessary standard quantity of seed per hectare and even seeding is provided.
sowing, seeds, dosing, seed, feed, parameters
В получении хорошего урожая главную роль играет качественный посев с равномерным распределением семян в рядке. Основной задачей процесса посева является оптимальное размещение семян в почве с целью обеспечения оптимальных условий для прорастания семян и дальнейшего развития растений, что способствует повышению полевой всхожести и урожайности сельскохозяйственных культур в целом. Качество посева мелкосеменных культур зависит от качества работы высевающего аппарата сеялки. Для получения высоких и устойчивых урожаев высевающие аппараты должны обеспечивать непрерывный и равномерный поток семян, устойчивость установленной нормы высева, возможность высева семян различных культур, минимальное повреждение высеваемых семян, легкую и удобную установку на заданную норму высева. Используемые селекционные сеялки, как правило, оснащены катушечными высевающими аппаратами, которые не позволяют получить высокую равномерность распределения семян катушкой, при этом посевы получаются неравномерными – со сгущением или разрежением растений в рядке [4, 6], что, в конечном счете, приводит к снижению урожайности. Поэтому исследования, направленные на совершенствование процесса дозирования семян высевающими аппаратами селекционных сеялок, имеют важное научное и практическое значение для АПК.
Цель исследований – повышение качества распределения семян в рядке за счет совершенствования конструктивно-технологических параметров дисково-ленточного высевающего аппарата для селекционной сеялки.
Задачи исследований – провести теоретический анализ технологического процесса дозирования семян экспериментальным высевающим аппаратом и получить теоретические зависимости по определению конструктивных параметров питающего окна приемной камеры бункера.
Для повышения качества распределения семян в рядке был разработан дисково-ленточный высевающий аппарат для селекционной сеялки, который позволяет создавать равномерный исходный семенной поток.
Материал и методы исследований. Для обеспечения технологического процесса разработана конструктивно-технологическая схема дисково-ленточного высевающего аппарата, представленная на рисунке 1, новизна которого подтверждена патентом РФ № 2412578 «Высевающий аппарат» [1]. Дисково-ленточный высевающий аппарат состоит из следующих основных элементов: бункер 5, высевающий диск 2, эластичная прижимная лента 8, подающий 4 и натяжной 7 ролики, ведущий ролик 6 и заслонка 12.
Рис. 1. Конструктивно-технологическая схема дисково-ленточного высевающего аппарата:
1 – пластина; 2 – высевающий диск; 3 – приводной вал; 4 – подающий ролик; 5 – бункер; 6 – ведущий ролик;
7 – натяжной ролик; 8 – эластичная лента; 9 – паз; 10 – кольцевой канал диска; 11 – приёмная камера; 12 – заслонка;
13 – наклонный козырёк
Экспериментальный высевающий аппарат работает следующим образом. Начинает вращаться высевающий диск 2, семена, идущие из бункера 5, увлекаются подающим роликом 4. Кольцевой канал диска 10 и подающий ролик 4 формируют с запасом на уплотнение относительно рыхлый начальный поток семян, ограниченный горизонтально регулируемой заслонкой 12. Затем семенной поток поступает в кольцевой канал 10 и уплотняется за счёт взаимодействия со сходящим с подающего ролика 4, эластичной ленты 8 и высевающего диска 2 [2].
Следовательно, в кольцевом канале 10 высевающего диска 2 образуется равномерно
распределённый по поперечному сечению канала 10 и вдоль него семенной поток, перемещаемый к ведущему ролику 6 на высев (А. О. Спиваковский, 1986).
Проанализировав взаимодействие семян с рабочими органами высевающего аппарата, весь технологический процесс дозирования разделили на следующие этапы (рис. 1):
- формирование подающим роликом 4 рыхлого потока семян, стабилизируемого заслонкой 12 в приемной камере 11 бункера 5;
- равномерное распределение и уплотнение рыхлого потока семян эластичной лентой 8 в кольцевом канале 10 высевающего диска 2;
- транспортировка семян, расположенных в кольцевом канале диска и уплотнённых лентой.
Результаты исследований. Общая производительность Q дисково-ленточного высевающего аппарата определяется конструктивно-кинематическими параметрами взаимодействующих между собой подающего ролика 4 и высевающего диска 2, фрикционными свойствами транспортирующей ленты 8 и физико-механическими свойствами семенного материала. Учитывая, что формирование семенного потока осуществляется в три этапа, для обеспечения неразрывности потока семян должно выполняться условие , из которого следует, что общая производительность высевающего аппарата будет определяться величиной
, имеющей минимальное значение.
Для выполнения условия необходимо провести теоретические исследования зависимости производительности
потока семян, формируемого подающим роликом 4 и стабилизируемого заслонкой 12 в приёмной камере 11 бункера 5.
Известно, что объёмная подача семенного материала определяется зависимостью
, (1)
где – средняя скорость потока семенного материала, м/с;
SП – площадь поперечного сечения потока семенного материала, м2;
(2)
где – ширина питающего окна, равная ширине подающего ролика и транспортирующей ленты, м;
– величина открытия заслонки, м.
Средняя скорость потока семенного материала через питающее окно бункера можно представить выражением (Р. Л. Зенков, 1952):
(3)
где – эмпирический коэффициент истечения сыпучего материала;
– ускорение свободного падения, м/с2;
– высота насыпи семенного материала в бункере, м.
Коэффициент истечения сыпучего материала можно представить зависимостью от коэффициента
внутреннего трения семенного материала:
, (4)
где – коэффициент внутреннего трения семенного материала.
Истечение семенного материала из выпускного отверстия бункера происходит не только под давлением верхних слоев семян, но и под воздействием поверхности транспортирующей ленты, огибающей подающий ролик и движущейся вместе с семенным потоком со скоростью [5] (рис. 2):
, (5)
где – окружная скорость вращения подающего ролика, с-1;
– радиус кривизны рабочей поверхности транспортирующей ленты, огибающей подающий ролик, м.
Рис. 2. Эпюра скоростей подачи семенного материала через питающее окно
Поэтому, учитывая небольшие размеры питающего окна и невысокие скорости истечения семенного материала, можно сделать допущение, что средняя скорость потока семян через питающее окно приёмной камеры бункера высевающего аппарата с достаточной точностью определяется выражением:
(6)
Таким образом, средняя скорость 
потока семян на первом этапе, с учетом зависимостей (3) и (5), определится следующим выражением:
. (7)
При этом конструктивно-технологические параметры питающего окна приемной камеры бункера дисково-ленточного высевающего аппарата должны обеспечить выполнение условия производительности . Поэтому с учётом (1) и (2) можно записать [7, 8]
. (8)
Тогда, минимальная величина открытия питающего окна, с учётом зависимости (6), определится следующим образом:
. (9)
Зависимость (9) позволяет определить минимально необходимую величину открытия питающего окна в зависимости от конструктивных и технологических параметров подающего ролика и свойств семенного материала (
). Причём максимальное значение величины открытия питающего окна
должно быть не менее
для максимальной подачи дисково-ленточного высевающего аппарата.
Для изучения процесса дозирования семян экспериментальным дисково-ленточным
высевающим аппаратом и исследования влияния конструктивных параметров аппарата на подачу проводились лабораторные исследования (Б. А. Доспехов, 1985).
Для того чтобы узнать влияние основных показателей на технологический процесс высева, интервалы и границы изменений выбирались на основе измерений опытным путем.
Все эксперименты проводились на одном высевающем аппарате в лабораторных условиях на стендовой установке (рис. 3) по общепринятой методике исследования высевающих аппаратов. Исходный материал – семена мальвы.
Рис. 3. Экспериментальный высевающий аппарат
Для изучения зависимости подачи дисково-ленточного высевающего аппарата от физико-механических свойств семян мальвы, конструктивных и технологических параметров был реализован многофакторный эксперимент (табл. 1).
Таблица 1
Результаты эксперимента по исследованию подачи
|
№ |
x0 |
x1 |
x2 |
x3 |
x1x2 |
x1x3 |
x2x3 |
x1x2x3 |
Yср |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
26,47 |
|
2 |
1 |
-1 |
1 |
1 |
-1 |
-1 |
1 |
-1 |
4,68 |
|
3 |
1 |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
-1 |
12,38 |
|
4 |
1 |
-1 |
-1 |
1 |
1 |
-1 |
-1 |
1 |
2,61 |
|
5 |
1 |
1 |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
-1 |
-1 |
4,20 |
|
6 |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 |
1,20 |
|
7 |
1 |
1 |
-1 |
-1 |
-1 |
-1 |
1 |
1 |
0,87 |
|
8 |
1 |
-1 |
-1 |
-1 |
1 |
1 |
1 |
-1 |
0,26 |
Полученные данные проверены на однородность и оказались значимыми. Получено уравнение регрессии, описывающее подачу высевающего аппарата.
(10)
где – частота вращения диска в закодированном виде;
– площадь поперечного сечения канавки диска в закодированном виде;
– высота открытия заслонки в закодированном виде.
На рисунке 4 представлен график значимости факторов (все факторы значимы).
Рис. 4. Значимость факторов
После раскодирования факторов уравнение регрессии примет вид
(11)
где n – частота вращения диска, мин-1;
S – площадь поперечного сечения канавки диска, мм2;
– высота открытия заслонки, мм.
При зафиксированной площади сечения канавки диска на трёх уровнях по зависимости (11) можно построить поверхность отклика [2, 3]. При этом уравнение регрессии примет вид (рис. 5):
. (12)
Рис. 5. Зависимость подачи дисково-ленточного высевающего аппарата от частоты вращения диска и высоты открытия заслонки при площади сечения канавки диска S = 42,5 мм2
Учитывая агротехнические требования, сеялка при посеве делянок сортоиспытания
и предварительного размножения должна обеспечивать норму высева 5-12 кг/га. Следовательно, при пересчёте на минутную подачу, экспериментальный высевающий аппарат на сеялке должен обеспечивать Q(мин) = 0,083 кг/мин и Q(макс) = 0,2 кг/мин.
Заключение. Экспериментальный дисково-ленточный высевающий аппарат выполняет необходимые нормы высева согласно агротехническим требованиям для селекционных сеялок. Применение предлагаемого дисково-ленточного высевающего аппарата с обоснованием конструктивных и технологических параметров питающего окна приемной камеры бункера позволит равномерно подавать семенной материал за счет предварительного уплотнения до оптимальной величины и необходимой нормы высева, тем самым повышать качество распределения семян в рядке и качество работы селекционной сеялки.
1. Petrov, A. M., Vasil'ev S. A., Zeleva N. V., & Petrov M. A. (2011). Visevaiushchii apparat [Sowing machine]. Patent 2412578 Russian Federation, 2009140536/21 [in Russian].
2. Petrov, A. M., & Zeleva N. V. (2010). Povishenie kachestva poseva melkosemennih kulitur v selekcionnom pro-izvodstve [Improving the quality of small-seeded crops in plant breeding centers]. Izvestiia Samarskoi gosudar-stvennoi selskokhoziaistvennoi akademii - Bulletin Samara state agricultural academy, 3, 19-23 [in Russian].
3. Zeleva, N. V. (2012). Povishenie kachestva poseva semian malivi selekcionnoi seialkoi s obosnovaniem par-ametrov diskovo-lentochnogo visevaiushchego apparata [Improving the quality of mallow seeding by a nursery planter justifying parameters of a belt feed with disks]. Candidate’s thesis. Penza [in Russian].
4. Laryushin, N. P., & Shukov, A. V. (2008). Visevaiushchii apparat dlia zernovoi seyalki [Grain Seeder drill]. Edu-cation, science, practice: innovative aspect '08: materiali Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferencii - ma-terials of the International scientific-practical conference. (p. 206). Penza: PC Penza State Agrarian University [in Russian].
5. Kuvaytsev, V. N., Laryushin, N. P., Shukov, A. V., & Devlikamov, R. R. (2014). Teoreticheskie issledovaniia tekhnologicheskogo processa raboti katushechnogo visevaiushchego apparata s uvelichennim obiemom zhelo-bkov [Survey of operational process of a roller feed with boost grooves]. Niva Povolzhiia - Niva Povolzhya, 2(31), 58-64 [in Russian].
6. Kryuchin, N. P., Vdovkin, S. V., & Kryuchin, P. V. (2015). Selekcionnaia seialka dlia trudnosipuchih melkosemennih kulitur [A nursery planter for non-free running small-seeded crop]. Seliskii mekhanizator - Selskiy Mechanizator, 3, 17 [in Russian].
7. Parfenov, O. M., & Ivanayskiy, S. A. (2017). Sistema dlia differencirovannogo poseva zernovih [Feeders for seeding of grain]. Innovative achievements of science and technology of agro-industrial complex 17: sbornik nauchnyh trudov - collection of scientific papers. (pp. 693-697). Kinel: PC Samara SAA [in Russian].
8. Denisov, S. V. (2008). Metodika opredeleniia koefficienta treniia kormov i analiz eksperimentalinih dannih [Ways for determining the coefficient of feed friction and analysis of experimental data]. Izvestiia Samarskoi gosu-darstvennoi selskokhoziaistvennoi akademii - Bulletin Samara state agricultural academy, 3, 157-161 [in Russian].
