Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ существующих способов и средств механизации посадки лука-матки. Цель и задачи исследования
1.1. Анализ существующих способов посадки 9
1.2. Средства механизации высадки лука-матки
1.2.1. Средства частичной механизации посадки лука-матки 10
1.2.2. Средства полной механизации посадки лука-матки
1.2.2.1 Высаживающие аппараты дискового типа 16
1.2.2.2 Высаживающие аппараты транспортерного типа 18
1.2.2.3 Высаживающие аппараты барабанного типа
1.3. Выводы по разделу 35
1.4. Цель и задачи исследования 35
2. Физико-механические свойства лука-матки
2.1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования 37
2.2. Условия проведения опытов и характеристика изучаемого сорта 38
2.3. Методика проведения и результаты исследования 39
2.3.1. Размерная характеристика лука-матки 40
2.3.2.Массовая характеристика 43
2.3.3. Фрикционные свойства 44
2.3.4. Усилие на разрыв вешки лука 47
2.3.5 Самоориентация лука-матки при падении 48
2.4. Выводы по разделу 50
3. Теоретические исследования технологического процесса ориентированной посадки лука-матки 51
3.1. Конструктивный расчет щеточного ориентирующего устройства 54
3.1.1. Определение модуля упругости материала ворса щеточного ориентирующего устройства 55
3.1.2. Определение параметров ворса щеточного ориентирующего устройства 57
3.2. Определение параметров битера 61
3.2.1. Определение формы лопасти битера 62
3.3. Кинематический расчет высаживающего аппарата 64
3.3.1. Условие закрепления вешки луковицы в ложечках высажи вающего аппарата в подвешенном состоянии при движении вниз 65
3.3.2. Подбор пружины для чашек ложечки 68
3.3.3. Определение расстояния между центрами звездочек цепи высаживающего аппарата 69
3.4. Расчет и конструирование ворса семяпровода 70
3.5. Выводы по разделу 74
4. Лабораторные исследования цепочно-ложечного высаживающего аппарата лука-матки с ориентирующим устройством
4.1. Исследование оптимальных конструктивно-кинематических параметров цепочно-ложечного высаживающего аппарата 75
4.1.1. Цель и задачи исследования 75
4.1.2. Методика экспериментального исследования 76
4.1.3. Результаты исследования 79
4.2. Исследования конструктивно-режимных параметров ориенти рующего устройства 81
4.2.1. Цель и задачи исследования 81
4.2.2. Методика экспериментального исследования 81
4.2.3. Результаты исследования по обоснованию оптимальных геометрических и кинематических параметров ориентирующего устройства для предварительной ориентации лука матки 90
4.3. Влияние скорости вращения лопастей битера и поступательной скорости высаживающего аппарата, на положение вешки луковиц относительно поверхности почвы 94
4.3.1. Цель и задачи исследования 94
4.3.2. Методика проведения исследования и обработка результатов 94
4.3.3. Результаты исследований влияния лопастей битера на положение вешки луковиц относительно поверхности почвы... 95
4.4. Выводы по разделу 97
5. Лабораторно-полевые исследования цепочно-ложечного высаживающего аппарата с ориентирующим устройством 98
5.1. Цель и задачи лабораторно-полевых исследований 98
5.2. Условия и методика проведения опытов 99
5.3. Результаты лабораторно-полевых исследований 106
5.3.1. Равномерность распределения луковиц по площади посадки 106
5.3.2. Определение положения вешки лука-матки относительно ложечки 108
5.4. Производственные испытания опытного образца сажалки 112
5.5. Выводы по разделу 114
6. Экономическая эффективность ориентированной посадки лука матки 116
6.1. Выводы по разделу 125
Общие выводы 126
Литература
- Средства полной механизации посадки лука-матки
- Размерная характеристика лука-матки
- Кинематический расчет высаживающего аппарата
- Исследования конструктивно-режимных параметров ориенти рующего устройства
Средства полной механизации посадки лука-матки
Высаживающие аппараты транспортерного типа делятся на: ленточные, ячеистые, вильчатые, полотно-планчатые и цепочно-ложечные. На основе исследования Английского национального института сельскохозяйственной техники (МАЕ) создана сеялка с горизонтально-ленточным высевающим аппаратом [ 28 ]. Аппарат рекомендуется для посадки картофеля и лука, имеет бункер для посевного материала с дозирующей заслонкой, центральный и два боковых высевающих ленточных транспортера, два анкерных сошника и сиденье для оператора.
Рабочий процесс осуществляется следующим образом: из бункера через дозирующую заслонку луковицы поступают на центральный горизонтальный транспортер, где происходит их деление на два потока с помощью вертикальных направляющих пластин. Сходя с центрального транспортера, луковицы попадают на правый и левый поперечные транспортеры, ширина которых устанавливается с таким расчетом, чтобы поступающие на них луковицы могли бы располагаться только в один ряд, поперечные транспортеры непрерывно перемещают ряд луковиц к сошникам.
Оператор находится над центральным транспортером, что позволяет ему следить за равномерностью продвижения посевного материала и регулировать с помощью заслонки его подачу. Недостатком данного аппарата является большая неравномерность распределения семян [29,30]. Т.Д. Малиневский предложил в 1965 г. машину для посадки маточных луковиц [31]. Она имеет раму, на которой смонтирован семенной бункер с наклонными стенками (рис. 1.5). Из бункера луковицы подаются транспортером со сменными ячейками. Подающий транспортер переходит в механизм ориентации, выполненный в виде горизонтально расположенного ячеистого транспортера. Высаживающий аппарат выполнен в виде бесконечной цепи с накалывающими иглами и выталкивателем.
Ориентация происходит в ячейках, заполненных водой. В 1969 г. Т.Д. Малиневский предложил машину для посадки лука, в которой средой для ориентации служит воздух [31]. Машина имеет бункер с питателем, камеру ориентации, через которую по замкнутому контуру циркулирует воздух, подаваемый вентиляторами, транспортер, ячейки которого имеют по переферии отверстия для воздуха, игольчатый высаживающий транспортер с щитками, кулачок связанный со штоком и прикатывающий каток. Луковицы из бункера подаются питателем в камеру ориентации, где луковицы ввиду смещенного геометрического центра тяжести и парусности воздушным потоком поворачиваются донцем вниз и во взвешенном состоянии опускаются в ячейку транспортера.
Ячейка имеет открытое дно и отверстия по переферии, через которые проходит воздух, нагнетаемый вентилятором, обтекающий луковицу и дополнительно ориентирующий ее в ячейке. При выходе ячейки с луковицей из зоны действия вентилятора сила воздушного потока уменьшается и луковица подается к игольчатому выскакивающему транспортеру. Иглы накалывают луковицы и переносят их в борозду. Эта машина имеет те же недостатки.
П.А. Емельянов в Пензенской сельскохозяйственной академии создал машину для ориентированной посадки маточников репчатого лука [32] (рис. 1.6). Высаживающий аппарат - ячеистоленточный транспортёр, надетый на два деревянных шкива 8 с ребордами. Натяжение ленты осуществляется растяжками 9. Транспортёр удерживается на подвесках 10. На каждой ячейке 13 смонтирован прижим 14, фиксирующий луковицы после их ориентации в ячейке и освобождающий луковицы в момент их накалывания иглами накалывающего органа 3. Вибрирование высаживающему аппарату передается от редуктора 6 через эксцентрик 16 и растяжки 9. Редуктор получает передачу от вала отбора мощности 15 трактора.
Вращение ведущего шкива 8 высаживающего аппарата осуществляется от опорного колеса 2 цепной передачей 12. Посадка луковиц машиной осуществляется следующим образом. При движении машины по полю, вращение от опорного колеса 2 через цепную передачу 12 передаётся высаживающему аппарату. При прохождении ячеек 13 под слоем лука в бункере в них западают луковицы по одной штуке. По выходу ячейки с луковицей из бункера луковица за счёт колебаний высаживающего аппарата ориентируется в ячейке донцем вниз в точке А фиксируется в таком положении прижимом 14 и транспортируется к накалывающему органу 3. В точке В луковица накалывается иглой со стороны вешки и транспортируется в борозду. В момент накалывания луковицы прижим освобождает её от фиксации. В точке С игла сходит с копира 17, снимает с себя луковицу и оставляет её в борозде донцем вниз. Заделывающие органы 5 засыпают луковицы почвой.
Размерная характеристика лука-матки
Для того чтобы лопасть битера деформировалась не по дуге и не отодвигала луковицу, а изгибалась по месту контакта с луковицей, в основании лопасти имеется выемка. Лопасть битера изготавливается из эластичной резины с модулем упругости Е = 3 10 Па. Сечение основания лопасти битера (рис. 3.8) - сплошное 30x35 мм; а лопасть по длине контакта с луковицей раздвоенная - для захвата луковицы. Принятое сечение лопасти проверенно на жесткость. Которая должна быть оптимальной величины [83].
Поскольку лопасть имеет сложную конфигурацию, то для её расчета компьютерная программа "Agat", на основе МКЭ (метода конечных элементов). Для этого метода расчетная схема преобразована: нагрузка q от луковицы смоделирована двумя треугольниками (см. приложение 3); в местах нулевых напряжений (на внешних углах) материал доведен до прямоугольного очертания (фиктивные зоны).
Максимальная интенсивность q воздействия от луковицы q=0,0066 Н/мм принята из расчета, чтобы реакция луковицы равнялась Ш.
Жесткость лопасти является вполне оптимальной. Большего поворота раздвоенной части лопасти относительно основания лопасти уже не произойдет.
Частота подачи луковиц высаживающим аппаратом к битеру должна быть такой же, как частота подхода к нему лопастей битера. Зададимся шагом расположения ложек на высаживающем аппарате. Если шаг АЛож=15см, то и скорость движения цепи высаживающего аппарата о должна равняться поступательной скорости всего устройства и р , то есть: 1 лож=иагр=1,39м/с.
Тогда частота подачи луковиц высаживающим аппаратом определяется, как [84]: Однако, если шаг ложечек Длож будет меньше, то и скорость цепи высаживающего аппарата илож можно снизить и наоборот. Угловая скорость вращения звездочки цепи высаживающего аппарата сОапп определяется, как: где R3B- радиус звездочки цепи высаживающего аппарата, м. Число оборотов звездочки цепи высаживающего аппарата: Пзв = ЮаШ1- — , (З-36)
Условие закрепления вешки луковицы в ложечках высаживающего аппарата в подвешенном состоянии при движении вниз
Вешка луковицы представляет собой, как правило, рыхлый стержень, состоящий из трубочек высохших слоев лука. При вводе вешки луковицы в зазор между чашками ложечки вешка сжимается, у нее образуются "плечики", которые обеспечивают ее надежное закрепление в ложечке (рис. 3.9 а).
Менее надежен тот случай, когда вешка луковицы тонкая ( диаметр около 5 мм ), но жесткая. Тогда ее закрепление должно обеспечиваться только силой трения Fxp.4 (рис. 3.9 б) [85]. Сила трения Еф.ч должна быть существенно больше веса луковицы Gn, то есть F,p., G„, (3.37) поскольку при сотрясении цепи высаживающего аппарата и всего устройства перпендикулярно движению наблюдается уменьшение силы трения. 4 f 1ТЛ
Поэтому в условии 3.37 силу трения F необходимо уменьшить на коэффициент К 1, например, хотя бы К=0,9.
Кроме того, отрывающая сила FQ должна быть увеличена вследствие того, что из-за неровности почвы и неравномерности движения цепи высаживающего аппарата будут возникать вертикальные рывки, то есть резкие изменения вертикальной скорости. Из-за этого луковицы могут отрываться (стряхиваться с ложечек).
Величину стряхивающего ускорения можно оценить следующим образом. Неровность почвы, то есть глубину ямки с крутыми стенками на поверхности почвы не может превышать 10 см. Найдем конечную скорость падения всего устройства в ямку по формуле : uCTp=-/2-g-h«M , (3.38) где Ііям- глубина неровностей почвы, м. Учитывая то, что при гашении этой скорости произошло утопание колеса в почву на SJ=2CM, деформировалось устройство на S2 , можно полагать, что гашение в целом произошло на участке высоты. sCTp=S]+s2, (3.39) Примем, что гашение произошло при равномерном отрицательном ускорении. По аналогии с формулой 3.38 запишем соотношение :
Коэффициент трения лука по металлической поверхности ложечки и по другим поверхностям найден экстремально (глава 2).
Отсюда вытекает требование к поверхности смежных граней чашек ложки, то есть тех граней, между которыми происходит защемление вешки луковицы (рис. 3.9). Необходимо вдоль граней нанести бороздки для увеличения коэффициента трения фЧ поперек поверхности чашки ложки. Трение вдоль поверхности должно быть, наоборот, минимальным . Между коэффициентом трения и углом трения имеется зависимость : fip4=tga, (3.46) В качестве расчетного значения примем ф.ч=0,6. Сила обжатия вешки луковицы чашками ложечки должна возникать в самом начале расширения зазора. Другими словами, для начала расширения зазора нужно приложить уже силу N06 (рис. 3.96). Такая сила должна обеспечиваться предварительным обжатием пружины.
Кинематический расчет высаживающего аппарата
Программа лабораторных исследований включала: - определение оптимальных значений геометрических и кинематических параметров (скорости движения цепочно-ложечного аппарата и пути проходимого цепочно-ложечным аппаратом в массе лука-матки), обеспечивающих наилучшую равномерность размещения растений в рядке; - нахождение оптимальных значений параметров ориентирующего устройства щеточного типа, обеспечивающих предварительную ориентацию лука-матки (зажим вешки луковиц подпружиненными частями ложечек высаживающего аппарата); — - определение влияния битера на окончательную ориентацию лука-матки в почве.
Цель экспериментальных исследований - определение оптимальных значений геометрических и кинематических параметров цепочно-ложечного высаживающего аппарата.
Поставленная в исследованиях цель предусматривала решение задач по определению оптимальных значений параметров цепочно-ложечного высаживающего аппарата (скорости движения цепочно-ложечного аппарата и пути проходимого цепочно-ложечным высаживающим аппаратом в массе лука-матки) на основе разработанной методики испытаний. 4.1.2. Методика экспериментального исследования
Экспериментальные исследования проводились согласно ОСТ 70.5.1.-82 "Испытания сельскохозяйственной техники. Машины посевные. Программа и методика испытаний." и ОСТ 70.5.2.- 74 "Испытания сельскохозяйственной техники. Картофелесажалки. Программа и методика испытаний" [59] на экспериментальной установке (рис. 4.1; 4.2), изготовленной на кафедре "Сельскохозяйственные машины" Пензенской ГСХА.
На всем протяжении опыта все исследуемые параметры цепочно-ложечного высаживающего аппарата оставались неизменными за исключением исследуемого. Режим и настройка исследуемого параметра заведомо задавались такими, чтобы можно было установить характер влияния его на объект исследования и на основе всестороннего изучения определить его оптимальное значение.
Скорость цепочно-ложечного высаживающего аппарата о регулировалась при помощи мотор редуктора 6 (рис. 4.1)типа СУПА- 00.11.20-01 (устанавливались следующие значения: 0,50; 1,00; 1,50; 2,0 и 2,50 м/с).
Путь, проходимый цепочно-ложечным высаживающим аппаратом под слоем лука-матки S (рис. 4.1) (величина камеры заполнения), регулировался изменением подачи лука-матки в камеру заполнения в пределах 40...200 мм, через каждые 40 мм.
За критерий оценки равномерности распределения лука-матки принимаем вероятность Р (%) нахождения 1 луковицы в заданном интервале. Исследования проводились при поступательной скорости движения высаживающего аппарата ип равной скорости движения цепочно-ложечного высаживающего аппарата. Повторность для каждого случая - трехкратная. Число замеров в каждом опыте не менее 100. Обработка результатов эксперимента проводилась на ПЭВМ с использованием прикладной программы STATISTIKA Version 5.0". 16 13 14
Общий вид установки На почвенном канале 2 (рис. 4.1) ставится тележка 7, опирающаяся на опорные колеса, к которой крепится рама 8, представляющая сварную металлоконструкцию. К раме крепится бункер 11, рядом с ним бункер питатель 14. В бункере питателе 14 установлен цепочно-ложечный высаживающий аппарат 9 с щеточным ориентирующим устройством 10 и кожухом 15. В нижней части установлен битер 13 и семяпровод 16. В верхней части почвенного канала установлены направляющие, по которым движется тележка 7. Перемещение тележки 7 осуществляется с помощью редуктора 3 (N=0,6 кВт; п=920/20 мин"1) через гибкую тросовую связь 4.
При исследовании предварительно устанавливали заданные значения параметров цепочно-ложечного высаживающего аппарата (скорость движения цепочно-ложечного аппарата - о и пути проходимого цепочно-ложечным аппаратом в массе лука-матки - S). Затем одновременно включали с пульта управления 1 мотор-редуктор 6 привода цепочно-ложечного высаживающего аппарата 10 и мотор-редуктор 3, который приводит во вращение шкив, установленный на выходной редуктор. Трос 4 наматывается на шкив и приводит в поступательное движение тележку 7 с установленным цепочно-ложечным высаживающим аппаратом. При этом лук-матка поступает из бункера 11 в бункер питатель 14 откуда выносится цепочно-ложечным высаживающим аппаратом 9 и подается в семяпровод 15. После чего луковицы укладываются в борозду, образованную сошником 12 в почвенном канале 2 и фиксируются битером 13.
Затем с помощью мерной линейки замеряли расстояние между луковицами в рядке и заносили в таблицу. После чего рассчитывали вариационные показатели: среднеквадратическое отклонение (а), коэффициент вариации (v) И среднее расстояние между луковицами. Определяли количество случаев с интервалами (0...5, 5... 10 см и т.д.) в процентах от общего количества измерений. По данным количества случаев с названными интервалами строили график равномерности раскладки луковиц в рядке. По результатам обработки опытных данных (см. приложение 4) строили вероятностные кривые распределения лука-матки вдоль рядка в зависимости от скорости цепочно-ложечного высаживающего аппарата - и (рис.4.3); пути проходимого цепочно-ложечным высаживающим аппаратом под слоем лука-матки S (величина камеры заполнения) (рис.4.4).
Исследования конструктивно-режимных параметров ориенти рующего устройства
Корреляционная связь между величиной разворота вешки луковиц в ложечках высаживающего аппарата (а град.) и расстоянием между подпружиненными частями ложечек (е, мм) выражается уравнением функции: ос(е)=86,428-0,012 е +0,118 е2-0,002 е3, (5.4) при этом индекс корреляции R=0,99. Из анализа полученных зависимостей можно сделать вывод, что расстояние между подпружиненными частями ложечек (е, мм) оказывает наибольшее влияние на разворот вешки луковиц, оптимальное его значение можно принять из интервала 35...40 мм. Наименьшее влияние на разворот вешки оказывает скорость движения щеточного ворса (vm, м/с), оптимальное ее значение находится в интервале 1,3...1,9 м/с. Оптимальным расстоянием между концами щетки ориентирующего устройства и центром ложечек (t, мм), по данным полевых исследований, можно считать значение, соответствующее 3...8 мм.
При исследовании влияния наличия битера на положение вешки лука относительно поверхности почвы, конструктивно-кинематические параметры щеточного ориентирующего устройства были зафиксированы на оптимальных значениях: уш =1,5 м/с, 1=7мм и е=40 мм. Соотношения скорости вращения лопастей битера и поступательной скорости движения высаживающего аппарата X =1,05. Поступательная скорость агрегата иаГр=5,5 км/ч
По результатам обработки опытных данных (приложение 9) строили графики вероятности нахождения вешки луковиц относительно поверхности почвы в данном интервале (90+30) от наличия битера или отсутствия (рис. 5.5).
Анализируя кривые на рис. 5.5 можно сделать вывод, что при установке битера для фиксации луковиц в почве количество луковиц расположенных вешкой вверх (90±30) увеличивается с 76% до 88%, средняя величина расположения вешки луковиц относительно поверхности почвы уменьшается со 102,0 до 89,76 град. Коэффициент вариации (v) изменяется в пределах 23,65...32,38 %, среднеквадратичное отклонение (а) варьируется от 24,12 до 33,03 см. Число луковиц расположенных донцем вверх (наихудший вариант) соответственно уменьшается с 4...6% до 1...2%.
Результаты наших исследований послужили основой для разработки сажалки с ложечным высаживающим аппаратом и ориентирующим устройством для посадки лука-матки (за базовую модель была принята картофелесажалка КСНТ-2), совместно с АО "Белинсксельмаш" г. Каменка Пензенской области (см. приложение 10).
Сажалка состоит из рамы, на которой смонтированы: цепочно-ложечный высаживающий аппарат, щеточное ориентирующее устройство, бункер с камерой заполнения, механизм навески и сошниковая группа. Привод рабочих органов осуществляется от опорно-приводных колес сажалки.
Краткая техническая характеристика машины представлена в таблице 5.3. Производственные испытания сажалки проводились на полях СПК Агрофирма «Елюзань» Городищенского района Пензенской области с целью определения качественных показателей. Испытания проводились в установленные для средней полосы России сроки посадки лука-матки в реально сложившихся условиях, при влажности почвы в слое 0...5 см -15,8% и твердости почвы - 0,19 мПа. Рельеф поля ровный, уклон 5, контур поля близок к правильной прямоугольной форме, площадь 15 га, длина гона 700 м.
Методика проведения испытаний соответствовала ОСТ 70.5.1.-82 и ОСТ 70.5.2 - 74 [59]. Геометрические и кинематические параметры устанавливали оптимальными, полученными по данным лабораторно-полевых исследований: рабочая скорость агрегата составляла 5,5 км/ч; Ущ= 2 м/с; t=5MM; е=35 мм.
По результатам производственных испытаний отклонение от фактической нормы высадки у сажалки КСНД-2 составило 4,79% , у экспериментальной 4,71% (что соответствует агротехническим требованиям для овощных сажалок). Сажалка с экспериментальным цепочно-ложечным высаживающим аппаратом и ориентирующим устройством, устойчиво выполняет технологический процесс при вышеназванной скорости.
Количество луковиц расположенных донцем вверх у сажалки КСНД-2 составляло 16...21%, у экспериментальной сажалки 2...3%.
Результаты производственных испытаний показывают, что экспериментальная сажалка позволяет получить прибавку урожая от 1,00 до 1ДЗ ц/га (24...27%) по сравнению с сажалкой КСНД-2. Наибольшая урожайность получена при посадке экспериментальной машиной при норме 195000 шт./га (7800 кг/га).
