Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса, цель и задачи исследования 12
1.1 Обзор отечественных конструкций 12
Сеялка ПДН-1 12
Покровосдиратель-сеялка дисковый навесной ПДН - 2 13
Сеялка СЛД - 2 14
Сеялка лесная тракторная СЛТ - 1А 16
Сеялка лесная конная СЛК - 2А 17
Сеялка к плугу ПКЛ - 70 13
Дисковый рыхлитель РЛД - 2 20
Дисковый лесной культиватор ДЛКН - 6/8 21
Покровосдиратель-сеялка ПСТ - 2А 23
Сажалка СЛ - 2 в варианте сеялки 24
Плуг - сеялка М.Г. Виляцера и В.А. Остроглазова 25
Сеялка лесная универсальная СЛУ - 5 - 20 27
Сеялка СЛП - 2А 29
Сеялка СЛП - 1.3 33
Посевная трость ТП - 1 34
Сеялка ранцевая СР - 240 35
Сеялка зимняя СЛЗ 37
1.2 Обзор иностранной литературы 37
Высевающая трость 37
Посадочное (посевное) приспособление Хатфилда 38
Стенд - сажалка 39
Сеялка - Stick 39
Стандартная ручная ударная сеялка Almaco 40
Сцепная сеялка хтя колы с бункером для удобрений 41
Сеялка малая 42
Ручной высееватель семян 43
Механический высееватель 44
Точная механическая сеялка 44
1.3 Анализ исследовательских работ 45
1.4 Классификация и анатиз конструкций 49
1.5 Цель и задачи исследований 51
2 Обоснование параметров и показателей элементов конструкции сеялки на базе средств малой механизации
3 Теоретические исследования компонентов объекта исследования
4 Экспериментальные исследования 106
Выводы 131
Список литературы
- Сеялка лесная тракторная СЛТ - 1А
- Покровосдиратель-сеялка ПСТ - 2А
- Сцепная сеялка хтя колы с бункером для удобрений
- Обоснование параметров и показателей элементов конструкции сеялки на базе средств малой механизации
Сеялка лесная тракторная СЛТ - 1А
Основными узлами и механизмами сеялки являются: сошник, семенной барабан с лабиринтными аппаратами, загортачи и брус.
Сошник представляет собой сферический диск диаметром 610 мм. С вогнутой стороны к диску болтами прикрепляется семенной барабан с встро енными Б него четырьмя высевающими аппаратами лабиринтного типа. С другой стороны этими же болтами прикрепляется реборда, ограничивающая глубину хода сошника.
Для сдвига срезаемой диском почвы в сторону и образования посевной бороздки с вогнутой стороны диска устанавливается счищалка. Над семенным барабаном прикрепляется щиток, защищающий барабан с высевающими аппаратами от попадания влаги и земли сверху.
Дисковый сошник, установленный под определенным углом атаки к направлению движения, открывает бороздку глубиной 2—3 см.
При движении сеялки вместе с диском вращается закрепленный на нем семенной барабан, из которого высеваемые семена выпадают в открываемую сошником бороздку. Заделываются семена с помощью загортачей.
Встречающиеся на пути сеялки корни, пни. валеж и другие остатки не препятствуют работе сеялки, так как дисковый сошник легко перекатывается через них. Закрепление семенного барабана непосредственно на диске исключает необходимость какой-либо передачи для привода высевающих аппаратов. что повышает надежность работы сеялки в тяжелых лесных условиях и значительно упрощает конструкцию. [11]
Сеялка лесная тракторная СЛТ-1А
Предназначается для строчно-луночного посева семян хвойных пород по двум пластам, образованным двухотвальными плугами — канавокопателями в условиях избыточного увлажнения. Сеялка двухрядная, навешивается сзади на трактор С-100. Посев совмещается с операцией укатки пластов гусеницами трактора.
Сеялка состоит из рамы, на которой установлены два однодисковых сошника и два ходовых колеса. К раме шарнирно присоединяются две секции сеялки. Каждая секция состоит из семенного бункера с дисковыми высевающим аппаратом и приводного колеса. Бункеры для семян выполнены в виде вертикальных цилиндрических банок, в днище которых смонтирован дисковый высевающий аппарат. Привод дисков аппарата осуществляется от ходовых колес шестеренчатой конической передачей.
Сошники, установленные под углом атаки, образуют на укатанных пластах борозды глубиной до 10 см. удаляя при этом с поверхности пластов оподзоленный горизонт. Глубина хода сошников регулируется установкой по высоте опорных колес. На дно образованной борозды высеваются семена расположенными за сошником секциями. Заделываются семена с помощью прицепных боронок на глубину 0,5—2 см.
Перевод сеялки из рабочего положения в транспортное и наоборот производится лебедкой трактора [11]. Сеялка лесная конная СЛК-2А
Предназначается для подготовки легких песчаных и супесчаных неза-дернелых почв с одновременным посевом семян хвойных пород на вырубках, гарях, под пологом леса, очищенных от порубочных остатков и валежа. Сеялка может использоваться для посева по дну борозд от различных типов плугов.
Сеялка однорядная, одноконная. Состоит из рамы с оглоблями на двухколесном ходу, одноднскового сферического сошника, семенной банки с дисковым высевающим аппаратом, приводного колеса, балластного ящика и заделывающей боронки.
Дисковый сошник, жестко соединенный через винтовой механизм подъема с рамой под углом атаки. Глубина хода сошника регулируется перемещением его по высоте винтовым механизмом.
Семенная банка с приводным колесом присоединяется к раме шарнир-но, копирует неровности поверхности почвы и высевает семена на дно образованной сошником борозды. Заделываются семена с помощью боронки. Для устойчивого хода сеялки в балластный ящик засыпается песок, земля [11]. Посевное приспособление состоит из корпуса, дискового высевающего аппарата, семенного бункера, передаточного механизма и приводного колеса. Рама сварной конструкции состоит из поперечного и двух продольных брусьев и опорной балки. [12]
Сеялка к плугу ПКЛ-70
Плуг комбинированный лесной является универсальным орудием для механизации лесовосстановительных работ на нераскорчеванных вырубках (рисунок 3). Им можно производить обработку почвы с одновременным посевом семян или посадкой сеянцев в дно борозды. Для этого плуг комплектуется съемной сеялкой и посадочным приспособлением.
Плуг агрегатнруется с трелевочными, лесохозяйственными тракторами. а также с тракторами обшего назначения.
Плуг ПКЛ-70 состоит из рамы с навеской, двухотвального корпуса, сменного одноотвального корпуса, дискового ножа, рыхлительной лапы, черенкового ножа и опорной пяты, высевающего приспособления [13].
Покровосдиратель-сеялка ПСТ - 2А
Культиватор состоит из двух батарей, рамы, балластных ящиков, уши-ригеля и сеялок. Каждая батарея имеет три или четыре сферических диска с вырезами, способствующими более интенсивному разрезанию и крошению почвы. Угол атаки дисков может изменяться от 0 до 40 с интервалом 10. При посеве семян хвойных пород (одновременно с обработкой почвы) к культиватору прилагаются две фрикционные сеялки — по одной на каждую батарею, которые устанавливаются на площадках дисковых батарей.
Конструкция сеялки такая же. как и у рыхлителя РЛД-2. Рыхление почвы для содействия естественному лесовозобновлению осуществляется челночным способом. Угол атаки дисков необходимо уменьшить, если диски слишком далеко отбрасывают почву в сторону. Работа может производиться как «вразвал», так и «всвал». Культиватор ДЛКН-б/8 является навесным орудием и агрегатируется с трактором ДТ-20 [12]. Покровосдиратель-сеялка ПСТ-2А
Покровосдиратель-сеялка ПСТ-2А конструкции ЛенНИИЛХ предназначен хля рыхления песчаных и супесчаных незадернелых и слабозадерне-лых почв на вырубках и гарях, очищенных от порубочных остатков. Рыхление почвы производится одновременно с высевом семян хвойных пород.
Покровосдиратель-сеялка является двухсекционным (рисунок 7). Каждая секция (правая и левая) состоит из рамки, сферического диска, установленного под углом к направлению движения агрегата, посевного и заделывающего приспособлений и опорного колеса [12]. Каждая секция включает тяговый брус, бороздообразующий сферический диск (сошник) с механизмом привода высевающего аппарата, семенную банку (бункер) с дисковым высевающим аппаратом, механизм установки глубины хода сошника и заделывающую боронку. Основанием рабочего органа служит сварная стойка, состоящая из трубы и коробки редуктора. В коробке редуктора на втулках установлен вал. на нижнем конце которого закреплен сферический диск (сошник).
Высевающий аппарат состоит из неподвижного диска и двух вращающихся дисков: нижнего и верхнего, в которых имеются вырезы. Высевающий аппарат приводится от бороздообразующего сферического диска посредством конической пары шестерен, смонтированной внутри полой стойки. Механизм установки глубины хода бороздообразующего диска состоит из колеса, смонтированного на полуоси, которая входит в направляющую стойку. Подъем и опускание колеса осуществляются с помощью винта, установленного внутри стойки. Заделывающее устройство состоит из гребенки и шлейфа. [14]
Покровосдиратель-сеялка ПСТ-2А является навесным орудием и агре-гатнруется с трелевочным трактором ТДТ-40. оборудованным навесной системой НЗ-2А. [12]
Сеялка СЛ-2 вместо посадочных секций имеет посевные. Каждая посевная секция состоит из рамы, сферического дискового сошника с опорным колесом, семенного бункера с высевающим аппаратом дискового типа, семяпровода и заделывающего устройства в виде боронки со шлейфом.
Основными частями дискового высевающего аппарата (рисунок 8) являются верхний 4 и нижний 7 диски, которые жестко закреплены на приводном валу Р. Верхний диск находится внутри семенного бункера 5. а нижний — под его дном 6. Диски 4 и 7 имеют по два выреза, которые смешены относительно друг друга на 90е. В дне 6 бункера 5 есть прорезь, в которую входит ползун 2. с помощью которого можно изменять проходное сечение прорези. регулируя тем самым норму высева. Диски получают вращение от опорного колеса сеялки или сферического диска 1 сошника. Семена, попадая в вырез верхнего диска, переносятся им и. когда вырез совпадает с прорезью в дне бункера 6, падают на нижний диск. При совпадении прорези в дне бункера с вырезом в нижнем диске семена попадают в семяпровод 8. а далее в почву. При работе трактор гусеницами прикатывает пласты, сошники формируют в них борозды, в которые лунками высеваются семена. Глубина хода 6... 10 см [15].
Плуг-сеялка (рисунок 9) имеет плоскую раму, которая посредством пальцев соединяется с кронштейнами подвески рамы самоходного шасси. Кронштейны в нижней части снабжены отверстиями для регулирования положения рамы по высоте. На передней части рамы установлен дисковый нож. а ближе к задней части рамы — плужный корпус, включающий стальную литую стойку, два лемеха, сваренные встык, и распорки к отвалам. Для лучшего оборота пласта к отвалам прикреплены перья-удлинители. К приливу стойки присоединен почвоуглубитель, стойка которого имеет отверстия для регулирования глубины рыхления.
Посредством планки и соответствующего механизма рама соединяется со штоками обоих цилиндров гидроподъемника шасси.
На задней части рамы с помощью двух кронштейнов установлен бункер для семян и присоединенный к нему обычный катушечный высевающий аппарат, с возможностью регулировки нормы высева. Это приспособление смонтировано на левом кронштейне. На правом кронштейне установлена втулка с шестерней, закрепленная на вату высевающего аппарата.
Передача движения от вала к высевающему аппарату идет следующим образом цепь передает вращение от правого колеса шасси к промежуточному валу, на одном конце которого закреплена звездочка цепи, а на другом — шестерня. Вал расположен на подшипниках кронштейна, установленного на раме шасси.
Передача от ведущей шестерни привода к шестерне вала высевающего аппарата сеялки состоит из двух промежуточных шестерен, свободно надетых на ось рычага-маятника, который может притягивается в сторону шестерни 16 вала высевающего аппарата пружиной до упора кронштейна.
Для того чтобы получить строчно-луночный высев семян, устанавливают шестерни 31 и 33 с частично спиленными зубьями, а для рядового высева со сплошными зубчатыми венцами. При этом число лунок на погонный метр находится в прямой зависимости от параметров этих шестерен, а расстояние между лунками — от числа зубьев на шестернях
При регулировании глубины пахоты вращение через ходовое колесо шасси передается высевающему аппарату.
При подъеме плуга из рабочего положения в транспортное пружина подтягивает рычаг маятник до взаимодействия его с боковым упором рамы шасси, вследствие чего при выглублении плуга рычаг-маятник и шестерня 34 отводятся в сторону от высевающего аппарата и тем самым автоматически прекращается высев семян [16].
Сцепная сеялка хтя колы с бункером для удобрений
В настоящее время широко известны различные способы стимулирования сеянцев растений. Основные методы стимулирования можно разделить на два типа: химические и физические. К химическим относят воздействие на растения органическими удобрениями различного вида и назначения. К физическим методам стимуляции относят воздействие различного рода излучений: воздействие электрическими полями [61]. лазерного [62]. рентгеново [74]. магнитного. Достаточно активно используется фактор магнитного излучения. который даёт положительный эффект на параметры сеянцев и саженцев таких растений как роза, картофель, сахарная свёкла, лук. зерновые и т.д. [61.75. 76]. В частности некоторые исследователи [63. 77] проводили эксперименты и анализировали влияние импульсного магнитного поля на некоторые параметры сеянцев.
Согласно исследованиям, проводимым Буториной А.К. [63]. Касьяновым Г.И. [61] и др. по обработке посевного материала импульсными магнитными полями можно говорить об относительной эффективности данного метода. Он показал не только улучшение всхожести семян при обработке семян импульсным магнитным полем напряженностью Н=0.08Тл [63] и максимальный положительный эффект при воздействии на семена импульсным магнитным полем с магнитной индукцией от 2мТл в среднем до 21 мТл [61]. Учитывая исследования [73]. можно говорить о положительном влиянии данного фактора только в случае, если он соизмерим с внутренним магнитным полем объекта. Также исследования показали, что при относительно невысоких значениях импульсного магнитного излучения не выявлено генетической мутации и предпосылок к ней. однако при повышении напряженности магнитного поля до уровня 0.2 Тл наблюдается изменения на клеточном уровне.
Опираясь на научные изыскания и экспериментальные данные, было выдвинуто предположение о положительном эффекте на параметры всходов ели обыкновенной при их предпосевной обработке импульсным магнитным полем с индукцией, соизмеримой с внутренними магнитными полями.
Результаты исследований [79] показали, что при воздействии электо-магнитным полем на семена дати несколько отличающиеся показательные характеристики семенного материала ячменя на выходе при высеве сразу после обработки и после отлежки семян. У семенного материата анализировались такие характеристики, как жизнеспособнеость. энергия прорастания. всхожесть. В случае измерения жизнеспособности семян опыт показат. что средняя характеристика в ряде опытов данного показателя несколько выше сразу послу облучения, то есть без отлежки. Два других показателя дати примерно равнозначные средние значения в ряде опытов сразу после облучения и после отлежки. Таким образом, было принято решение о включении модуля облучения семян магнитным полем при и мгновенным последующим высевом семян в почву.
Для осуществления данной концепции в условиях мелкоконтурных вырубок с помощью средств малой механизации можно воспользоваться задачей И. Бернулти о брахистохроне (кривой наискорейшего спуска), позволяющей при прохождении материальной точки по данной кривой под воздействием постоянных магнитов получить по факту в конце кривой воздействие сопоставимое с магнитным импульсным полем. При соответствующей силе магнитов данное воздействие будет сопоставимо с внутренним магнитным полем и его воздействие будет минимальным по времени согласно постановки задачи оптимального управления.
Решение данной задачи путем проектирования брахистохроны. В вертикальной плоскости через две данные точки О и В. не лежащие на одной вертикали (первая выше второй). Данные точки могут быть соединены различными плоскими кривыми. Предположим, что в О помещена материальная точка с массой т. которая под действием силы тяжести может «скатываться» из точки О в точку В по различным кривым, соединяющим О и В.
Геометрически задача о брахистохроне заключается в отыскании такой кривой (если она существует), по которой материальная точка достигнет В за кратчайшее время. Эту кривую и называют брахистохроной (рисунок 42).
Введем на рассматриваемой плоскости прямоугольную систему координат. Для удобства поместим ее начато в точку О и направим ось ординат вертикально вниз. По условию, материальная точка начинает двигаться из О (0;0) без начальной скорости только под действием силы тяжести (силы трения отсутствуют) перемещаясь из верхней точки в нижнюю за кратчайшее время. К моменту, когда расстояние от начального положения точки О по вертикальной оси Оу прямоугольной системы координат Оху будет равно у. точка потеряет потенииатьную энергию, которая уменьшится на mgy (m -масса точки, g - ускорение свободного падения). Кинетическая энергия увеличится при этом на rm 72 (t) - скорость точки). В силу закона сохранения энергии (ведь трение отсутствует) имеем
Согласно теории вариационного исчисления вариационной задачей является поиск экстремума функционала, заданного на некотором множестве М функций, которые удовлетворяют определенным ограничениям.
Теорема о слабом экстремуме дает необходимое условие для сильного экстремума функционала. Это уравнение называется уравнением Эйлера для функционала, а гладкие решения этого уравнения - экстремалями функционала.
Эти уравнения описывают все экстремали функционала в области у 0. Посмотрим, как из всего семейства указанных функций выделить те. которые удовлетворяют краевым условиям у(0) = 0. у(Ь) = ув. Но при этом отметим. что точка (0. 0) не входит в рассматриваемую область у 0 на плоскости хОу и выделенные функции, строго говоря, нельзя считать экстремалями на всем отрезке [О.Ь].
Обоснование параметров и показателей элементов конструкции сеялки на базе средств малой механизации
Уравнение второго порядка является не существенным дополнением уравнения первого порядка. Корреляционное отношение показывает, что найденная связь является средней. Также помимо указанных данных был отмечен такой показатель, как количество боковых корней, так как он является неотъемлемым при выживании сеянца в открытом необработанном грунте. Так в контрольной группе не наблюдались боковые ответвления, в эксперименте №1 наблюдалось в среднем 6 боковых ответвлений, а в эксперименте №2 и З.в среднем, по 7 боковых корней. Данная характеристика также показывает влияние фактора магнитного импульсного излучения на сеянец.
В ходе применения данного регрессионного анализа были получены следующие уравнения регрессий для выше рассмотренных параметров всходов ели: - диаметр главного корня: уз = 0.66-0.01Н, (R=0,5, є=0.78); - диаметр стволика: у- = 0.003Н2 +0.076Н -0.76. (R=l, s=0,02); - высота стволика: у5 = 39.35+1.92Н. (R=0.7. є=0.5). Все уравнения проверены по критерию Фишера и согласно нему определен порядок уравнения регрессии.
Обобщая полученные уравнения регрессии, был произведен их анализ. на основании которого можно говорить о подтверждении предположения о существовании зависимости между параметрами всходов и магнитной индукцией импульсного магнитного поля.
Также помимо указанных данных был отмечен такой показатель, как количество боковых корней, так как он является неотъемлемым при выживании сеянца в открытом необработанном грунте. Так в контрольной группе не наблюдались боковые ответвления, в эксперименте №1 наблюдалось в среднем 6 боковых ответвлений, а в эксперименте №2 и З.в среднем, по 7 боковых корней. Данная характеристика также показывает влияние фактора магнитного импульсного излучения на сеянец.
Далее была определена обобщающая зависимость по всем параметрам - степени влияния и положительного изменения всех рассмотренных параметров сеянцев. Она имеет вид Величина Y показывает степень влияния величины фактора магнитного потока на систему показателей оценки сеянцев. На основании уравнения (134) была поставлена задача оптимизации где Нтіп. Нтш - границы диапазона варьирования фактора Н согласно эксперименту; Уог Уь "-э У5- уравнения регрессий параметров сеянцев; Приведенная задача была решена в среде MS Excel. Данная задача решена нелинейным методом обобшенного понижаюшего коэффициента для гладких нелинейных задач.
В ходе решения задачи оптимизации была получена сводная таблица 9. наглядно указывающая на проявление результативности при использовании фактора магнитного импульсного излучения при посеве семян в открытый необработанный дренированный грунт. Сводная таблица, полученная при решении задачи оптимизации
На основании анализа была найдена линия тренда совокупных данных от магнитного импульсного излучения при всех использованных нами вариациях фактора магнитной индукции поля (рисунок 51). Из приведенных данных можно сделать вывод о возрастающей зависимости степени влияния и положительного изменения всех рассмотренных параметров сеянцев при увеличении величины фактора магнитного потока. На основании экспериментальных данных и их анализа видна линейная связь между обшей степенью влияния магнитной индукции на общую систему параметров всходов. Линейная (у) Рисунок 51 — Тренд зависимости степени влияния и изменения всех рассмотренных параметров сеянцев при увеличении величины фактора магнитного потока В результате получен оптимальный параметр напряженности импульсного магнитного поля #=24 мТл для данного эксперимента, так как Y— max при Н—» max. Однако в этом случае нельзя забывать о возможной мутации генов [63]. Также необходимо отметить, что данный вид предпосевной обработки семян сопоставим с результатами выращивания ели на первом году жизни в переносных теплицах для целей лесовосстановления. согласно результатам влияния на параметры сеянцев (за исключением всхожести) [88]. Выводы:
Между параметрами всходов и фактором напряженности импульсного магнитного поля при обработке семян ели обыкновенной существует зависимость. которую можно описать уравнениями регрессии первой и второй степени.
Оптимальный параметр магнитной индукции импульсного магнитного поля, согласно проведенным опытам. #=24 мТл. Необходимо проведение дальнейших опытов для более точного определения данного параметра с учетом стандартов качества древесины.
