Введение к работе
^
Актуальность работы. Одним из важнейших уоловий получения высоких урожаев хлопка является качественный его посев в оптимальные сроки.
Получение дружных и прямолинейных всходов.главным образом, зависит от расположения семян по глубине и ширине в посевной бороздке^ также от их ориентации по отношению к поверхности поля.
Необеспечение равномерности по глубине заделки семян приводит к большой пестроте развития растений и созревания урожая,а следовательно,к растягиванию сроков уборки. В целях устранения этого недостаткам .е. для обеспечения необходимой густоты стояния растений в хозяйствах увеличивает норму высева сеыяа на 40...»503. Кроме того,большая полоса разброса семян, увеличивает ширину защитной зоны npt междурядной обработки,а спедоватепьно затраты труда на ручную прополку,что выполнить в сиатые сроки без привлечения значительной дополнительной рабочей силы со стороны невозможно. Данные недостатки присущи существующим хлопковым сеялкам, сонники которых,с точки зрения раокпадки семян в бороздке и заделки их почвой,не удовлетворяют агротехническим требованиям.
В связи с изложенным,вопрос поиска необходимого профиля посевной бороздки и создания рабочих органов для его формирования актуален и имеет.народнохозяйственное значение.
Данная работа, выполнена в Ташкентском Государственном Аграрном университете (ТашГАУ) на кафедре "неханизация сельхоэпроиз-водства" согласно плану НИР по теме 20 "Исследовать и обосновать параметры машин для возделывания и уборки хлопка-сырца" и разделу "Иоспедование и разработка новых рабочих органов машин по возделыванию хлопчатника и других культур"' (номер госрегистрации 0І860І08970).
Цель исследований. Целью настоящей работы является обоснование оптимального профиля посевной бороздки,разработка и обоснование параметров сошника хлопковой сеялки с бороэдораскатываюцим колесом,обеспечивающих улучшение агротехнических и технико-эксплуатационных показателей работы посевных агрегатов.
Объект исследования^ Объектом исследования является сошник хлопковой сеялки и процесс укпадки семян в семенное ложе,
ІІЕ.ІЗ.аШіЗ—ІІ^Ї.едований^ Программа и методика проведения ис-
следований базировались на основе теоретических выкладок и рассуждений с учетом агротехнических,технологических и конструктивных требований,предъявляемых к рассматриваемому объекту.
Теоретические исследования выполнялись с использованием методов теоретической механики и прикладной математики. Экспериментальные исследования прозодипись о применением теории вероятности и методов математического планирования. Расчеты и обработка результатов исследований осуществлялись на ЭЦВМ "Наири-2".
Агротехнические и технико-эксплуатационные показатели работы экспериментальных сошников определялись по OCT 70.5L-82 "Машины посевные". Экономическая эффективность результатов исследований рассчитана в соответствии с ГОСТ 23729-79 и 23730-79 "Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки".
Научная новизна. Выведены аналитические зависимости,позволяющие обосновать оптимальный профиль посевной бороздки.
Предложены методики расчета попета семени после его удара о стенку бороздки и определения вламости в посевном горизонте 0-5 см. Разработан новый тип сошника,обеспечивающий надежный технологический процесс при севе.
Новизна технических решений,осуществленных ъ ходе выполнения данной работы,защищена двумя авторскими свидетельствами № 858608 и № 15чч232.
Практическая ценность. Использование сошника хлопковой сеял-', ки с бороздораскатывающим колесом позволяет на 3....4 дня опередить аоязпение всходов хлопчатника и увеличить попевус всхожесть семян, на 8...10^. При этом расход топлива на работу посевного агрегата снижается на 5,1%,а уровень механизации при междурядной обработке увеличивается на 3,.3^ за счет улучшения агротехнических показателей посева.
Реализация результатов исследований. Сошник хлопковой сеялки с бороздораскатывающим колесом испытывался на полях экспериментальных хозяйств СоюзНИХИ и САИМЭ,а также в учебном хозяйстве им.Кирова ТашГАУ и получил положительные рекомендации.
Основные результаты исследований переданы ГСКБ по машинам для хлопководства (г.Ташкент) для использования при разработке опытных образцов новых сеялок.
Апр_обация_р_аботы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на ХХХІХ и ХХХХУШ научно-производственных
конференциях профессорско-преподавательского состава ТИИИМСХ в І980-І989 гг. по проблемам иеханизации и электрификации сельского хозяйства Узбекистана,на ХХХП...ХХХХ научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ТапГАУ в І98І-І989 гг. и на Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение агротехнических показателей технического уровня и качества сельскохозяйственных машин в условиях зоны орошаемого земледелия" (Ташкенг-,1984 г.).
Пу.бли1!йЩ' Основные положения работы опубликованы в 9 научных работах,а также в двух авторских свидетельствах на изобретения.
Структура и обьем диссертации. Диссертация состоит из введения,пяти глав,заключения и приложений. Содержание работы изложено на 177 страницах машинописного текста о 22 таблицами,52 рисунками ,13 приложениями и списком использованной литературы,включающим 92 наименования.
Основные положения диссертации представляемые к защите;
физико-механические свойства почвы в горизонте 0-5 см;
некоторые параметры оголенных семян и их оптимальное расположение в посевной бороздке;
форму посевной бороздки,обеспечивающую улучшение качества заделки оголенных семян хлопчатника;
параметры и режимы работы сошника хлопковой сеялки о боро э'дораскатывающим колесом.
Во введении обоснованы актуальность и новизна темы диссертации, сформулированы цепи и задачи исследований.изложены основные положения,выносящиеся на защиту.
В первой главе "Состояние вопроса и задачи исследований" на основе изучения отечественной и зарубежной научно-технической литературы дан критический анализ существующих рабочих органов для образования, посевных бороздок и заделки в них семян. Приведены некоторые результаты научно-исследовательских работ в этой .области. Сформулированы цепь и задачи исследования. ."
Значительный вклад в разработку теоретических основ процессов посева сельхозкультур внесли ученые В.ПЛ*орячкин и М.Х.Пигу-левский. Применительно к посевным агрегатам для хлопчатника
относятся труды Г.М.Рудакова,А.ХЛанидова,А.Ю.Абдумуталова, Г.А.Тимофеева,С.П.ЧирцоваД.Киямова.К.Баймаханова и др.'
Однако,рассматривая вопросы бороэдообраэования и укладки семян в семенное ложе,эти исследователи сделали значительные допущения начальных условий движения семян после их удара о стенку посевной бороздки,что сказалось на точности и достоверности выведенных формул. Также имя в недостаточной мере учитывались условия фиксации семян по отношении к поверхности поля.а также их расположения по глубине и ширине в зависимости от профиля посевной бороздки.
На основании анализа и обобщения имеющихся технических решений и ранее проведенных Исследований была выдвинута рабочая гипотеза, замечающаяся в том,что наиболее вероятным фактором качественной укладки семян является создание такого поперечного профиля бороздки,который позволил бы иметь кучные гнезда и обеспечит вал их хороший контакт с почвой.
B_51P.E.LZ!1E2 "Особенности прорастания семян,их параметры и характеристика почвенных условий зоны'" проанализированы результаты работ по изучение разиерных характеристик оголенных семян,их ориентации в, бороздке по отношении к поверхности поля,а также физико-механические свойства верхнего горизонта почвы. Проверка отдельных положений осуществлялась в пабораторно-попе-вых условиях.
Установлено,что угол естественного откоса почвы,подготовленной к посеву .изменяется от ее впаиности в сравнительно небольших пределах (от 30 до 41'). Минимальное значение угла естественного откоса наблюдается при влажности около 6$,а при впавнос-ти более 19$ почва теряет овос сыпучесть и даже при небольшой деформации переходит в пластическое состояние. При атом угол обрушения почвы на 2...30 больше,чем угол естественного откоса. Коэффициент трения скольжения оголенных семян хлопчатника по уплотненной почве равен 0,12,а по рыхлой - 0,66.
При установке глубины хода сошников сеялки и укладки, семяш необходимо учитывать закономерность-распределения влаги в слое 0...5 см (рио.1).
По этим данным также можно оценить,соответствует ли содержание влаги в горизоктегэ котором будут заделываться семена хлоп чатника.тому необходимому оптимуму.который требуется для их прорастания. ' '
Влажность почвы w 8 10 12 14 1S 78 %
Рис.1. Изменение влажности почвы в горизонте 0...5 см дпя: 1-засушливого года; 2-года с нормальным количеством осадков; 3-дождливого года
Самое удобное положение семени хлопчатник» для прорастания такое,когда его продольная ось перпендикулярна опорной поверхности,а семя опирается на нее микропилышм концом. При этом корешок, выходя из микропипя,наиболее быстро проникает во влажный спой почвы и проросток быстро развивается (рис.2).
/ <
2 S 1 5 S ? 3 Р ГО
КаленЗарные'дни і мав
Рис ,2. Динамика всходов семян в зависимости от их располокения: I-микрспллем вверх - 6 ; 2-набок -» ; 3-микрошшем вниз - Q
. 8 Размеры оголенных семян средне волокнистых сортов хлопчатника весьма неустойчивые: по толщине они составляет 4,72.. .5Д6 ммг по ширине - 5,3I...5,9t мм,по длине - 8,66...9Д7 мм. Коэффициент восстановления ( Kg ) при ударе изменяется от 0,3ч до 0,36, а угол прилегания (2(Хп) семян в зависимости от их ориентации колеблется от 2530* до 59*10'. Спедоватепьнодпя обеспечения хорошего контакта поверхности семени с почвой без осыпания,ее необходимо уплотнить путем раскатки. Только в этом случае можно гарантировать заданный профиль посевной бороздки и особенно семенного ложа.
В третьей главе "Теоретические исследования технологического процесса укладки семян в посевной бороздке и аналитическое обоснование параметров сошника для его выполнения" приведены теоре-. тические расчеты полета семени после его удара о стенки посевных бороздок различных конфигураций и предложены зависимости для определения основных параметров сошника, обеспечивающих: кучное расположение семян,их хороший контакт с поверхностью семенного ложа и размещение преимущественно микропилем вниз.
По результатам расчетов обоснованы размеры и форма поверхности бороздораскатываодёго колеса,позволявшего получить посевную бороздку заданной формы без осыпания ее стенок и уменьшить тяговое сопротивление посевного агрегата.
Выбор формы поверхности рабочего органа. Основой рабочей части существующих сошников хлопковых сеялок\ являются щеки и уплотнитель,которые создаст неустойчивый профиль посевной бороздки, (рисЗ.поз.І) .меняющий свое форму вследствие осыпания стенок до падения семян на дно,что приводит к их разбросу по ширине и неравномерному размещению по глубине. Следовательно,необходим профиль, обеспечивающий кучную укладку семян на дно во влажное и уплотненное семенное, ложе,независимо от их первоначальных точек контакта со стенками бороздки а последующим их закрытием споем влажной почвы.
Такими профилями посевных бороздок (рис.3) могут быть: треугольный (поз.2) или семейство кривых типа циклоиды (поз.3)..параболы (поз.4) или астроиды (поз.5).
Из этих кривых необходимо выбрать тот профиль бороздки,который удовлетворял бы требованиям кучного и плотного размещения гнезда,фиксации семяп относительно поверхности поля своим микропильным концом и хорошему контакту со стенками бороздки..
\J V Y V V
1 2 5 * S
Рис.Э. Возможные поперечные профили посевных бороздок
Отражение семян при ударе. Наибольшее влияние на выполнение вышепоставпенных требований оказывает величина отскока при ударе оемени о стенку бороздки. В начальный момент удара почва деформируется до тех пор,пока скорость семени не станет равной нулю. Затем кинетическая энергия семени переходит в потенциальнуо энергию силы упругости и оно отскакивает .от места падения.
Для выполнения характера отражения семян в начале устанавливает скорость V0 и угол отражения В0 .
Из теории удара известно,что обе эти величины зависят от коэффициента восстановления Кб .который в среднем для оголенных семян хлопчатника равен 0,35. Исходя из этого скорость отражения равна
V0= KBVn , Сі)
где Vn - скорость падения семени,м/с;
Vm - поступательная скорость сеялки,м/с; Уд ~ окружная скорость лопасти гнездообразувдего аппарата,м/с; Н - высота падения до места удара,м. Угол отражения определяется по формуле:
v.^-0
где ftn - угол падения .равный
J /V/.
fn = arc tfl
CO
Анализ полученных зависимостей показывает .что угол рп и скорость Vn падения зависят,в основном,от поступательной скорости сеялки Vm «так как высота падения Н ограничена конструктивными параметрами и равна 0,1 м»
Движение семян после удара о стенку бороздки. После удара под углом Вц о стенку бороздки семя отокакивает от нее под углом В0 со скоростью Vo (рис.4).
Рис.4. Схеиа к установлению закономерности движения семян пооле удара
Дальность попета семени,считая.что на него действует сила сопротивления воздуха K0Vc (здесь Vc - Vo ) и сила веса Рс = mc Q .определяется зависимостью:
,Єп{1 +
mcVT
5)
где ДИ - висота падения семян после удаца о стенку бороздки до его дна.м;
ГПс - масса отдельного семени,кг; о
Н сеч
с - коэффициент сопротивления воздуха, -—->—
и . -
\ - угол откоса бороздки в месте падения семян. Однако.фактически семя после выброса из гнеэдообразувдего аппарата летит под определенным углом к посевной бороздке,а следовательно,фактическая величина перемещения семени относите-пьно оси бороздки после удара равна
Дг= Lnctg-ф , , со
где ill - фактический угол падения семян относительно оси по- севной бороздки. Выбор профиля поперечного сечения посевной бороздки. Наилучшей формой поперечного сечения посевной бороздки будет такое, когда семя отражаемое от любой точки ее откоса,падает сразу на дно,или,в крайнем случае,имеет минимальное количество "падений-отражений",т.е.чем больше таких ударов,тем на большуіі величину происходит растягивание семян в гнезде С Д-С ) (рис.5).
Рис.5. Схема падения и' отскока семян от стенки бороздки
Исходя из этого,графо-аналитическим способом быпи проанализированы профили посевных бороздок,имеющих в своем сечении форму
треугольника,астроиды,циклоиды и параболы Срис.Э). Приняв глубину посевных бороздок h с 5 см и ширину по поверхности б* = 4 си,установили,что при падении семян на откосы бороздки, имесщей угол ^ ,со скоростью Vn и под углом около 90 к гори зонту .угол падения Вп равен углу откоса ^ .
Результаты проведенных расчетов и их сравнительная оценка по агротехнически!.; требованиям показывает (табп.І).что всем пяти основным показателям,которые необходимо удовлетворить при выборе профиля поперечного сечения посевной бороздки,отвечает астроидная форма.
Таблица I
ІАгро- '.Форма поперечного сечения бороздки
Оценочные іческиеітрех- !тре- !цикпо-!астро-!пара-
псазатели !требо-!ступен!уголь-!идноя Іидная Іболоид-
'.вания !чатая !ная ! ! !ная
' епл !(конт-! ! ! !
!_ ^.AiJjonbi I ! I _ _ _!
1. Длина гнезда ,мм ЭЭ Больше Больше Больке Отве- Больше
AT на AT на AT на чает AT на
12,0 8,2 2,7 л.: 10,9
-
Расположение се- - 10 больше Отве- Отве- Отве- Больше мян по глубине,. ,.Т на чает чает чает AT на им 13 . AT AT AT 12
-
Полоса разброса, 30 Больше Отве- Отве- Отве- Отвс-ии AT на чает чает чает чает
4. Контакт со стент - Плохой Удов- Хоро- Хоро- Удовлет-
ками бороздки петво- й » ворите-
рите- ши шп пьный
пьный
5. Фиксация семян от- Мгтсро- Невоз- Воз- Воз- Воз- Невоз-
носитепьно поверх- пилем мокна можна можна ножна можна
ности попя вниз
Выбор_к^н^т^кции_сошникал Для получения посевной бороздки астроидной формы разработан сошник с активным рабочим органом (рис.б\защигеяный авторскими свидетельствами № 858608 и Н' 1544232. Конструкция состоит из бороздораскатывавдего копеса 1
Рис.б. Схема сошника о бороздораскатыващим кслесои
с поводками 2,прижимного механизма 3,полоза '«.ножа 5 и регулировочных прокладок 6. Рабочая поверхность б оооздора скатывающего колеса в поперечном сечении имеет форму часта астроиды.распопе-неннуп в продольной плоскости симметрии,.что обеспечивает мгновенную остановку высеваемых семян после их падения в бороздку. В результате семена распопагаотся на заданной глубине вдоль бороздки с фиксированным интервалом между ними. При этом попностыэ искліічается раскатывание семян независимо от скорости и направления и.г падения,так как форма семенного ложа обеспечивает их надежное защемление в заданном положении, т.е.микропилем вниз..
^4^22-545.11^222-^22253^^21121^2123242-^22^2-^ Для определения параметров бороздораскатываощего колеса прежде всего необходимо знать усилие для деформации почвы на заданную глубину. Де-формирукдая сипа передается поверхности почвы непосредственно через контактные поверхности бороздораскатыващего копеса.
Если принять распределение контактного давления по периметру области деформации равномерным и симметричным относительно оси (что вполне допустимо для практических расчетов работы деформации) проходящей радиапьно через центр дуги захвата,то равно-действувдая полной реакции почвы на бороздораскатыгащее колесо при установившемся процессе будет делить область деформации пополам, т. е.угол определяющий положение равнодействующей становится равным -5L- (рис.7).
Рис.7. Схема к выбору диаметра бороздораскатывающего копеса
Вращение бороздораскатывашцега копеса в почве будет выполняться при условии Тц > Рк ,т.е.когда проекция сипы деформации . почвы от бороздораскатывающега копеса ( Рх ) на вектор направления движения меньше,чем проекция силы сопротивления его пере-
Тх>-
катыванию ( Тогда
R =
1 -cosa
с?)
где 0(. - угол деформации почвы бороздораскатывающим колесом. Для решения етой зависимости вначале определяется значение СИ ,а затеи радиус бороэдораскатывающего копеса.
Так.ески коэффициент трения скольжения стали о почву
f « 0,52,го из f =tQ-^ следует,что (X = 5250',а
. « 0,576. D L '
Тогда радиус бороэдораскатывающего колеса будет равен 104,2 мм,а диаметр соответственно D » 208,'+ мм.
Угол защемления семян в бороздке. Предложенный сошник имеет бороздораскатызаш.ее копеоо.обод которого изготовлен в форме астроиды. Для конструирсвания таких рабочих органов необходимо знать угол при вершине ( 2СХВ ),который практически равен углу защемления,т.е. Х = 2&а Обозначив угол трения семени по уплотненной почве через ф и взяв за основу условие,при котором
*g
а»
с?
ro Я
-І
-Л
є;
tr*
"сл
—1
Г-
*
/Л
ной бороздки с заданной глубиной
h= 4,5+0(763P~015Vp-0(435P2-0(285Vp+0,5D2 <ю)
Оптимизацией уравнения (10) регрессии на ЭЦВМ "Наири-2", при заданной глубине бороздки ( h ) равной 50 мм о учетом экспериментальных значений остальных факторов было установлено,что диаметр бороздораскатывавщего колеса D равен 200 им^поступа-тельная скорость агрегата Vp » 2,2 м/о,а усилие вдавливания Р » 144 Н.
Лабораторные и полевые испытания сеялки о экспериментальным] сошниками,изготовленными по определенным выше параметрам показа-пи,что они по всем агротехническим показателям превосходят сеялку с серийными .заделывавшими рабочими органами.
Так глубина залегания семян при установке оошника на 50 мм составляла у экспериментального в среднем 43 мм при отклонении - 3,57 мм,а у серийного соответственно 35,8 мы и 8,81 мм. В результате на посевах,проведенных экспериментальной сеялкой,всходы были получены на 3...4 дня раньше и при увеличен'-и полевой всхожести на 6...10$ по сравнению о серийной,что позволило поднять урокайность о'31,4 ц/га до 33,7 ц/га,т.е.на 7,3$. При этом полоса разброса семян в рядке была у экспериментального сошника в среднем II,45 мм при отклонении 4,66 мм,а у серийного соответственно 29,74 мм и 16,11 им,т.е. в 2,? раза меньше. В результате уровень механизации на 90 см междурядьях возрос на 3,3$, тяговое сопротивление,измеренное путем тензометрирования.у экспериментального сошника оказалось на 85 Н меньше,чем у серийногс что снизило расход горючего у 4-х рядной сеялки на 5,7$ по сравнение с серийный,
В пятой главе'"Экономическая эффективность применения хпог
ковой сеялки с сошниками,имеющими бороздораскатыващее колесо"
. представлена методика и результаты расчетов экономической эффек
тивности использования хлопковой сеялки с сошниками,имеющими
бороздораскатывающие колеса. За базу для сравнения была принята
хлопковая сеялка марки СХ7-4,резупьтаты расчетов экономической
эффективности отражены в. выводах. * ' '
-
Сошники существующих хлопковых сеялок образует ступенчатую форму посевной бороздки о осыпающимися стенками,не отвечающую предъявляемым требованиям равномерного распределения семян по глубине и ширине,а также их ориентированному расположение по отношению к поверхности ПОЛЯ.
-
Самым удобным положением семени для прорастания является такое положение,когда его продольная ось перпендикулярна к опорной поверхности,и семя опирается на нее микропильным своим концом,
-
Выведенные аналитические зависимости позволяют расчетным путем определить параметры посевной бороздки с учетом физико-механических свойств почвы и размеров оголенных семян различных сортов хлопчатника.
-
Качественную укладку семян обеспечивает поперечный профиль бороздки,имепций форму астроиды. Наиболее приемлемым рабочим органом для ее получения является соиник с бороздораскаты-вавщим колесом дпя предохранения стенок от осыдания,
-
Теоретически и экспериментально определены значения основных параметров сошника с бороздораскатываюцим колесом:
форма сёчения-зстроида,начальная точка которой расположена в продольной плоскости ее симметрии;
раружныЯ диаметр - 200 мм;
угол при его вершине - 30;
радиус вершины наружного диаметра - 1,.3..-.1,6 мм.
-
Экспериментальный сошник по сравнению с серийным обеспечивает более качественную заделку семян по глубине и имеет почти в 2,5 раза меньшую полосу разброса,что повышает уровень механизации междурядных обработок на 3,.3#.
-
Появление всходов на посевах,про веденными экспериментальными сошниками,на Э...Ч дня опережают посевы,проведенные серийными сошниками и на 8...10/ повышает их полевую всхожесть, что увеличивает урожайность на 7,2...7,4^.
3. Применение экспериментальных сошников позволяет уменьшить тяговое сопротивление посевного агрегата на 85 її и снизить расход топлива па 5,7%.
Результати проведенных теоретических и экспериментальных исследований переданы в ГСКБ по машинам для хлопководства дпя
18 разработки опытных образцов сеялок с бороздораскатываощим колесом.
Годовой экономический эффект от применения одной сеяпки с сошниками .имеющими бороздораскатывающие колеса (по ценам І990 г.), составляет 240,7 руб.на одну машину за счет экономии горочего, уменьшения защитной зоны при междурядных обработках и улучшения агротехнических показателей работы хлопкоуборочных машин.
