Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 7
1.1. Краткий обзор средств механизации посева бахчевых культур 7
1.2. Краткий обзор высевающих аппаратов сеялок точного высева 12
1.3. Анализ работ по исследованию процесса одноштучной подачи семян высевающими аппаратами пневматических сеялок...23
1.4. Выводы и задачи исследования 32
2. Элементы теории рабочего процесса пневматического высевающего аппарата при высеве семян плоско-эллиптической формы 34
2.1 Обоснование конструктивно-технологической схемы аппарата для высева семян тыквы 34
2.2.Выбор модели сыпучего тела 41
2.3.Элементы теории процесса присасывания единичного семени к дозирующему отверстию высевающего диска пневматического аппарата 43
2.4.Выводы 55
3. Программа и методика экспериментальных исследований 56
3.1. Задачи экспериментальных исследований 56
3.2. Программа экспериментальных исследований 57
3.3. Оборудование и приборы для проведения исследований 59
3.4. Методика проведения лабораторных исследований 62
3.5. Методика проведения лабораторно-полевого эксперимента 74
4. Результаты экспериментальных исследований 76
4.1 Технологические свойства семян тыквы 76
4.2 Лабораторные исследования работы пневматического высевающего аппарата при высеве семян тыквы 78
4.3 Результаты лабораторно-полевого эксперимента 103
4.4. Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований 103
5. Технико-экономический расчет 106
5.1. Расчет годовой экономии 106
5.2. Оценка эффективности капиталовложений 114
5.3. Методика инженерного расчета 115
Общие выводы , 118
Литература 120
Приложения 133
- Краткий обзор высевающих аппаратов сеялок точного высева
- Обоснование конструктивно-технологической схемы аппарата для высева семян тыквы
- Оборудование и приборы для проведения исследований
- Лабораторные исследования работы пневматического высевающего аппарата при высеве семян тыквы
Краткий обзор высевающих аппаратов сеялок точного высева
Для посева семян пропашных и бахчевых культур используют сеялки, снабженные аппаратами точного высева. В настоящее время применяются разнообразные конструкции подобных высевающих аппаратов, которые можно разделить на две больших группы: механические и пневматические /55/.
До недавнего времени во всем мире широко применялись механические аппараты точного высева: дисковые, барабанные (катушечные), ленточные, челночно-штоковые и ложечные /53, 92, 115/. Наибольшее распространение из них получили дисковые высевающие аппараты. Они снабжены ячеистыми дисками, расположенными в корпусе аппарата либо вертикально, либо горизонтально, либо наклонно.
Высевающие аппараты с вертикально расположенным диском применяют на свекловичных сеялках СТСН-6А, на сеялках фирм "Хассия"(ФРГ), "Рибуле" и "Сомека" (Франция), "Глостер" (Великобритания) и т. д. Ячеисто-дисковые аппараты с горизонтальным расположением дисков (рис. 1.5) применяются в сеялках типа СКНК, СТХ-4, СБН-3, "МакКормик", "Джон Дир" и др. Как правило, они имеют бункер цилиндрической или конусной формы с подпружиненной крышкой, в нижней части которого расположен чугунный корпус. Внутри корпуса установлен высевающий диск с ячейками по периферии, под ним - откидное дно для быстрой смены диска. Подпружиненные отражатели и выталкиватели семян рычажного типа устанавливаются в корпусе над высевающим диском. В качестве счищающих устройств применяются пружинные пластины, щетки. При установке диска меньшей толщины под него подкладывают кольца с окном для прохода семян. В последнее время такие высевающие аппараты производят с учетом требования уменьшения высоты расположения диска над почвой и исключения из схемы семяпроводов.
Высевающие аппараты барабанного типа используют на сеялках "Палм Агроматик", "Унисем", "Моносем", СПП-12, СГУ, СТГ-18 и др. Высевающий аппарат барабанного типа имеет горизонтальную ось вращения, направленную вдоль (сеялка конструкции И. Ф. Буханова) или поперек засеваемых рядков. Принцип работы основан на высеве семян из ячеек, расположенных на образующей барабана с заданным шагом пунктира. За время поворота барабана по окружности до выброса семян из следующей ячейки сеялка перемещается на длину барабана.
Особую группу представляют аппараты челночно-штокового типа. Основным рабочим органом его является ползунок челночного типа, который при прямом ходе внедряется в слой семян, а при обратном - отделяет их определенное количество, попавшее в круглую ячейку. Такие высевающие аппараты устанавливаются на хлопковой сеялке СУГ.
Аппараты ячеисто-ленточного типа используются на сеялках точного высева "Маммек" фирмы Жиро (Франция), "Дальман" (США), "Стенхей" (Англия) /119/ и др.
Высевающий аппарат сеялки "Стенхей" имеет бункер для семян, прорезиненную ленту с ячейками круглой формы, выполненными в виде сквозных отверстий, счищающий ролик с резиновой шиной, ведущий, ведомый и натяжной ролики, пластмассовое поджимное донышко. Работает аппарат следующим образом.
Семена из бункера самотеком поступают на нижнюю ветвь ленты сбоку. Для предотвращения попадания семян под ведомый ролик в семенной камере заполнения предусмотрен кронштейн с эластичным щитком. Семена не проваливаются через ячейки ленты благодаря донышку, расположенному под лентой. Лента, приводимая в движение роликом, перемещает семена, попавшие в ячейку, к сбрасывателю «лишних» семян, который представляет собой резиновый ролик, вращающийся против движения ленты. Семена, попавшие в ячейку, проходят под роликом и выпадают в борозду, образованную сошником. Аппараты ложечно-дискового типа используются в основном на овощных сеялках точного высева фирм "Смайт" (Англия) и "Нибекс" (Швеция).
Аппарат сеялки "Нибекс" представляет алюминиевый корпус с бункером, монтируемый на сошнике. С правой стороны корпуса имеется прозрачная съемная крышка, за которой устанавливается пластмассовый высевающий диск с комплектом ложечек. Последние смонтированы на поворотных коленчатых осях во втулках диска. Свободные концы осей входят в направляющий фигурный паз боковой стенки корпуса. Паз в зоне выброса семян (вверху над воронкой) выполнен с изгибом для поворота ложечек.
Работа высевающего аппарата посевной секции "Нибекс" осуществляется следующим образом. Семена из бункера через заслонку регулирования уровня поступают в камеру заполнения. Проходя через слой семян, ложечки диска захватывают по одному семени и поднимают их к верхнему отверстию воронки. Доходя до выступа паза, коленчатые оси с ложечками поворачиваются примерно на 90. Семена при этом выбрасываются из ложечек в воронку, откуда через сошник падают на дно открытой борозды. После прохода выступа паза ложечки возвращаются в исходное положение. Затем процесс повторяется.
Обеспечивая достаточно качественный высев семян, механические высевающие аппараты имеют и недостатки. Они сложны в настройке и регулировке, травмируют семена. Все это привело к тому, что в настоящее время более широкое распространение получили пневматические высевающие аппараты /53, 54, 103, 113/, которые интересны тем, что помимо устранения вышеуказанных недостатков механических аппаратов точного высева позволяют увеличить рабочую скорость посевного агрегата и при этом менее требовательны к калибровке семян /22, 125/.
Пневматические высевающие аппараты можно разделить на две основных группы по принципу дозирования семян: при помощи вакуума или избыточного давления воздуха. К первой группе относятся сеялки фирм "Фэзе", "Хассия" (Германия), "Ноде", "Эбра", "Риболо" (Франция), сеялки СПЧ-6, СПЧ-6М (Румыния), СУПН-8, СУПН-6 (Украина), СПБ-8К (Россия) и др./ 103, 108... 112, 125 /; ко второй - сеялки фирм "Беккер" (Германия), "Интернешнл Харвестер", "Алис - Челмерс" (США), "Ривьера - Касалис" (Франция) /22, 55/.
Обоснование конструктивно-технологической схемы аппарата для высева семян тыквы
Качество одноштучной подачи семян напрямую связано с качеством начального этапа дозирования семян - присасыванием единичного семени из слоя к дозирующему отверстию высевающего диска пневматического аппарата. Наиболее значимыми факторами, влияющими на протекание процесса присасывания семени к дозирующему отверстию, являются физико-механические свойства семян, диаметр дозирующих отверстий, разрежение в вакуумной камере, частота вращения высевающего диска, конструкция и режим работы ворошителя, положение сбрасывателя лишних семян /5, 10,11,18, 19,24, 25, 26, 47, 49, 52, 69, 70, 84/.
Взаимосвязь данных факторов можно выявить аналитически. Исследования проводились на пневматическом высевающем аппарате универсальной пропашной сеялки СПБ-8К, который имеет классическую функциональную схему. Серийный аппарат этой сеялки работает следующим образом (рис. 2. 1).
Семена из бункера 1 через канал истечения 3 самотеком поступают в семенную камеру 4, расположенную в корпусе 2 аппарата, где при помощи ворошителя 9 они приобретают движение, сонаправленное движению дозирующих отверстий 6 высевающего диска 5. Для предотвращения образования сводов на приводном валу 7 эксцентрично установлен сводоразрушитель семян 10, проходящий через канал истечения 3. Высевающий диск 5, закрепленный на приводном валу 7, получает вращательное движение от приводной звездочки 8. Под действием вакуума, создаваемого в вакуумной камере 14, изготовленной в крышке 13 аппарата, семена, активизированные ворошителем 9, присасываются к дозирующим отверстиям 6 и выносятся высевающим диском 5 из семенной камеры 4, попадая в зону действия сбрасывателя лишних семян 11. Сбрасыватель лишних семян 11 частично отодвигает семена от центра дозирующих отверстий 6, за счет чего лишние семена отпадают, а у отверстия остается только одно семя, занимающее доминирующее положение. Расположение сбрасывателя лишних семян 11 относительно дозирующих отверстий 6 устанавливается при помощи механизма регулировки 12 положения сбрасывателя. При дальнейшем вращении высевающего диска 5 оставшиеся семена транспортируются в предсошниковую камеру 17, где происходит экранирование дозирующих отверстий 6 прокладкой 15 и семена, при помощи направителя 16, под действием силы тяжести падают в борозду, подготовленную сошником.
Как показали визуальные наблюдения и проведенные нами видеосъемки, на устойчивость работы аппарата большое отрицательное влияние оказывает образование сводов. В высевающем аппарате данной конструкции существует две основных зоны образования сводов (рис. 2.2): нижняя часть бункера (зона 1) и канал истечения семян (зона 2).
Кроме того, физико-механические свойства семян тыквы таковы, что в зоне 2 часто наблюдается возникновение статически устойчивых сводов, при этом полностью прекращается подача семян в семенную камеру, что, в конечном итоге, приводит к возникновению групповых "пропусков" и значительно ухудшает качество работы высевающего аппарата. Образование сводов объясняется тем, что в данной области отношение условного диаметра единичного семени тыквы к условному диаметру канала истечения (d/D) приближается к критическому значению [d/D] = 0,20...0,25. Это приводит к нарушению постоянности угла укладки Р и, в конечном итоге, (3 может превысить Рср, и тогда прекратится истечение семян /39/. Причем серийный сводоразрушитель, применяемый в пневматических высевающих аппаратах сеялки СПБ-8К, недостаточно качественно устраняет образовавшиеся своды.
Механика образования сводов достаточно широко изучена проф. В.А.Богомягких и его учениками /14...17, 94, 119/, поэтому в данной работе не будет проводиться теоретический анализ данного явления. Обратим лишь внимание на необходимость дополнительных мер по борьбе с образованием сводов в пневматическом высевающем аппарате сеялки СПБ-8К, особенно при посеве семян такой культуры, как тыква. Причем возникает дополнительная задача, улучшить качество присасывания семян плоско-эллиптической формы , к дозирующим отверстиям высевающего диска и при этом, по возможности, исключить изменения принципиальной схемы пневматического аппарата, чтобы достигнуть желаемого результата с наименьшими экономическими затратами. С целью одновременного решения поставленных задач была изменена конструкция ворошителя, применяемого на пневматических высевающих аппаратах сеялок СПБ-8К. Серийный и экспериментальный ворошители представлены на рис. 2. 3.
Для разрушения сводов в зоне 1 и зоне 2, движению сводоразрушителя, применяемого в аппаратах сеялки СПБ-8К было придано дополнительное направление, путем размещения на торцевой поверхности ворошителя, расположенной со стороны семенной камеры, двух конических наплывов 1 (рис. 2.5). При вращении ворошителя плечо сводоразрушителя наползает на наплыв 1, отклоняя сводоразрушитель в направлении, перпендикулярном плоскости диска. После прохождения вершины конусного наплыва сводоразрушитель, под действием собственной силы упругости, возвращается в исходное положение.
Таким образом, за один оборот диска сводоразрушитель совершает одно колебательное движение в плоскости, параллельной плоскости диска и два циклических движения в плоскости, перпендикулярной высевающему диску, что позволяет предотвратить образование сводов в зоне 1 и зоне 2.
Оборудование и приборы для проведения исследований
На качество работы пневматических высевающих аппаратов влияет сочетание множества факторов, таких как диаметр дозирующих отверстий, разрежение в вакуумной камере, скорость движения агрегата (частота вращения высевающего диска), количество и расположение дозирующих отверстий на высевающем диске, конструкция и положение сбрасывателя лишних семян и т. д., кроме того, семена тыквы имеют большой размер и плоско-эллиптическую форму, что отрицательно влияет на качество работы аппарата. Для выявления характера влияния наиболее значимых из них, а так же для определения возможностей конструктивно измененного пневматического высевающего аппарата с экспериментальным ворошителем по обеспечению одноштучной подачи семян тыквенных культур, в сравнении с серийным, были проведены лабораторные и лабораторно-полевые исследования рабочего процесса высевающего аппарата пневматической сеялки СПБ-8К с серийным и экспериментальным ворошителями.
В задачи экспериментальных исследований, проводимых в данной работе, входило: - проверить теоретические выражения, описывающие влияние конструкции ворошителя на качество работы пневматического аппарата при высеве семян тыквы; - выявить закономерности процесса присасывания семян тыквы дозирующими отверстиями высевающего диска при различных параметрах и режимах работы пневматического аппарата пропашной сеялки; - определить рациональные конструктивные параметры и режимы работы пневматического высевающего аппарата при одноштучной подаче семян тыквенных культур; - исследовать влияние конструкции ворошителя на качество дозирования семян тыквы при групповом расположении дозирующих отверстий на высевающем диске; - сравнить качество дозирования семян серийным и экспериментальным аппаратом, а так же распределение семян тыквы в рядках посева; - выявить технико-экономическую эффективность применения экспериментальных высевающих аппаратов в рамках расширения возможностей существующих универсальных пропашных сеялок. 3.2 Программа экспериментальных исследований Для выявления закономерностей высева семян тыквы, знание которых необходимо для выбора рациональных параметров некоторых конструктивных элементов пневматического высевающего аппарата и режимов его работы, в программу экспериментальных исследований было включено следующее. 1. Изучение некоторых физико-механических свойств семян тыквенных культур /31, 81/. 1.1 Определение размерных характеристик семян (а - длина, b - ширина, с - толщина). 1.2 Определение плотности р, объемной массы у и массы 1000 семян m 1.3 Определение фрикционных свойств семян (угол естественного откоса а0, коэффициенты трения покоя и движения по поверхностям из различных материалов) 1.4 Определение коэффициента парусности семян кп. 2. Разработка и изготовление лабораторной установки для экспериментальных исследований технологического процесса высева семян, тыквы. 3. Разработка и изготовление экспериментальных ворошителей с разными углами установки дополнительных лопастей и без дополнительных лопастей. 4. Исследование влияния конструкции ворошителя и углов установки его дополнительных лопастей на качество работы пневматического высевающего аппарата при высеве семян тыквы. 5. Определение рациональных параметров пневматического высевающего аппарата и режимов его работы, оказывающих существенное влияние на процесс высева семян тыквы, методом планированного эксперимента (ПФЭ 2 ) для случаев использования серийного и экспериментального ворошителей. 6. Исследование характеристик подачи семян тыквенных культур пневматическим высевающим аппаратом: - с серийным ворошителем; - с экспериментальным ворошителем. 7. Сравнительные испытания качества работы пневматического аппарата на высеве семян тыквы при использовании экспериментального и серийного ворошителей и групповом расположении дозирующих отверстий. 8. Определение рациональных параметров пневматического аппарата и режимов его работы при высеве семян тыквы разных сортов. 9. Сравнительные испытания в полевых условиях посевных агрегатов с серийными и экспериментальными высевающими аппаратами. 3.3. Оборудование и приборы для проведения исследований. Для проведения экспериментальных исследований в лабораторных и лабораторно-полевых условиях использовалось следующее оборудование. 1. Прибор с индикаторной головкой для определения размеров семян (рис. 3. 3). 2. Весы квадрантные ВЛКТ-500г-М ГОСТ 19491-74. 3. Сушильный шкаф СЭШ-1. 4. Пурка литровая ПХ-1 ГОСТ 7861-74 для определения объемной массы семян. 5. Литровая мензурка с грузом для определения плотности семян. 6. Установка ТМ-21 (рис. 3. 4) и прибор академика В. А. Желиговского для определения коэффициентов трения. 7. Прибор для определения угла естественного откоса семян (рис. 3. 5). 8. Парусный классификатор "Petkus". 9. Секундомер.
Лабораторные исследования работы пневматического высевающего аппарата при высеве семян тыквы
Результаты экспериментов по исследованию влияния конструкции ворошителя и угла установки дополнительных лопастей экспериментального ворошителя на качество работы пневматического высевающего аппарата сеялки СПБ-8К представлены в таблице 4.4. - применение экспериментального ворошителя позволяет уменьшить количество пропусков в среднем на 52,2% относительно аппарата, оснащенного серийным ворошителем, на рациональных режимах работы, а частость одноштучных подач максимально возрастает на 5,4%; - при увеличении угла р от 35 до 55 частость одноштучных подач увеличивается на 2,7%; - при работе аппарата с экспериментальным ворошителем количество двойных подач семян тыквы в среднем уменьшается на 10,4% относительно аппарата, оснащенного серийным ворошителем, это свидетельствует о том, что дополнительные лопасти экспериментального ворошителя позволяют более удачно ориентировать семена плоско-эллиптической формы относительно отверстий высевающего диска; - показатели качества работы аппарата с ворошителем без дополнительных лопастей подобны показателям качества работы аппарата с серийным ворошителем и хуже, чем у аппарата с экспериментальным ворошителем. Результаты эксперимента по исследованию влияния трех основных регулируемых факторов (диаметр присасывающих отверстий, частота вращения высевающего диска и разрежение в вакуумной камере) на параметры подачи семян тыквы сорта «Серая Волжская» дозирующими отверстиями высевающего диска при использовании серийного ворошителя представлены в табл. 4.5. За параметр оптимизации принята М - средняя подача семян присасывающими отверстиями высевающего диска. После обработки матрицы на ЭВМ по известной методике /6, 34, 86/ было получено уравнение регрессии, которое имело вид С помощью критерия Кохрена была проведена проверка однородности дисперсий /6, 86/. Критерий Кохрена в данном случае G=0,4782, что меньше табличного значения коэффициента Кохрена [G]=0,5157 для уровня, значимости 0,05. Следовательно, модель однородна. Проверка значимости коэффициентов регрессии, проводимая по критерию Стьюдента /33/, показала, что незначимыми являются коэффициенты b12=0,0040, Ь23=0,0179, Ь123= -0,0008. После соответствующих преобразований уравнение (4. 1) приобрело вид У=1,0530+0,1658х1-0,0235х2+0,1609хз-0,0405х1х3. (4.2) Критерий Фишера для данного уравнения F=0,3, что меньше табличного значения критерия Фишера [F]=2,9. Значит, уравнение регрессии адекватно экспериментальным данным. Используя полученную математическую модель, геометрической интерпретацией которой является поверхность отклика, были составлены в кодированном и натуральном виде уравнения сечений поверхности отклика.
