Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 . Анализ технологий и технических средств высева семян 16
1.1. Технологические процессы возделывания с.-х. культур, способы их посева, агротребования 16
1.2. Технологические процессы и технические средства высева семян и их структурные элементы 25
1.2.1 .Питающие емкости 30
1.2.2.Высевающие аппараты 34
1.2.3.Семяпроводы 35
1.2.4.Сошники посевных машин 38
1.3.Высевающие аппараты посевных машин 44
1.3.1.Назначение, классификация и агротехнические требования..44
1.3.2.Высевающие аппараты непрерывного высева 49
1.3.3 .Высевающие аппараты циклического высева 58
1 АВибрационные высевающие аппараты 65
1.4.1.Использование вибрации в сельскохозяйственной технике...65
1.4.2.0бзор вибрационных высевающих аппаратов 70
Выводы по первой главе и задачи исследований 81
ГЛАВА 2. Разработка обобщенной структурной модели и теоретическое обоснование процесса вибрационнго высева семян 85
2.1 . Структурная модель процесса высева 86
2.2. Классификация технических средств вибрационного высева..97
2.3.1. Математическая модель движения семенного материала по штанге 103
2.4. Математическая модель движения семян в вибрирующем лотке высевающего устройства 117
2.4.1. Состояние свободной поверхности семян в колеблющемся лотковом высевающем устройстве вибрационного аппарата 118
2.4.2.Вертикальная вибрация семян в лотковом высевающем устройстве 131
2.4.3.Имитационная динамическая модель движения семян в колеблющемся лотке 137
.2.5. Математическая модель движения семян в цилиндрическом высевающем устройстве 148
Выводы по второй главе 153
ГЛАВА 3 . Программа и методика проведения экспериментальных исследований 156
3.1.Программа исследований 156
3.2.Макетные образцы вибрационных высевающих аппаратов 157
3.2.1.Вибрационный аппарат со штанговым высевающим устройством 158
3.2.2.Вибрационный аппарат с цилиндрическим высевающим устройством 159
3.2.3 .Вибрационный аппарат с лотковым высевающим устройством 160
3.3.Лабораторные установки для проведения экспериментальных исследований 167
З.4Оценочные показатели рабочего процесса вибрационного высевающего аппарата и методики их определения 167
3.5.Порядок проведения опыта и используемые измерительные приборы 172
3.б.Методика проведения многофакторного эксперимента 174
3.7.Определение усилия при погружении плунжера
в колеблющийся слой семенного материала 176
ГЛАВА 4. Результаты экспериментальных исследований 180
4.1.Состояние семенного материала в высевающем устройстве при его колебаниях 181
4.2.Влияние формы и расположения высевного отверстия на средний расход семян 183
4.3. Исследования вибрационного аппарата со штанговым высевающим устройством 186
4.3.1. Результаты исследований аппарата при высеве семян пшеницы 187
4.3.2. Результаты исследований при высеве туков 190
4.4. Результаты исследований вибрационного аппарата с цилиндрическим высевающим устройством 192
4.5.Исследования вибрационного аппарата с лотковым высевающим устройством при высеве семян зерновых и зернобобовых культур 196
4.5.1.Результаты исследований аппарата при высеве семян пшеницы 196
4.5.2.Результаты исследований аппарата при высеве семян овса...209
4.5.3.Результаты исследований аппарата при высеве семян гороха 219
4.5.4.Результаты исследований аппарата при высеве семян ржи и ячменя 229
4.6. Исследования вибрационного аппарата с лотковым высевающим устройством при его отклонениях от горизонтального положения 235
4.7. Исследования вибрационного аппарата с лотковым высевающим устройством при высеве семян овощных культур и трав 239
4.7.1. Результаты исследований аппарата при высеве семян моркови 240
4.7.2. Результаты исследований аппарата при высеве семян свеклы 249
4.7.3. Результаты исследований аппарата при высеве семян огурцов 257
4.7.4. Результаты исследований аппарата при высеве семян редьки и редиса 267
4.7.5.Результаты исследований аппарата при высеве семян люцерны 271
4.8.Допустимые отклонения частоты колебаний лоткового высевающего устройства от оптимальной 275
Выводы по четвертой главе 278
ГЛАВА 5.Реализация результатов исследований 281
5.1. Назначение многофункциональной почвообрабатывающе-посевной машины 284
5.2.Рама машины и ее дополнительное оборудование 286
5.3.Вибрационные аппараты многофункциональной машины 289
5.3.1. Много функциональная машина в варианте сеялки со штанговым высевающим аппаратом 289
5.3.2. Многофункциональная машина в варианте сеялки с высевающими устройствами цилиндрической формы 295
5.3.3. Многофункциональная машина в варианте сеялки с лотковыми высевающими устройствами 300
5.4.Привод вибрационных высевающих устройств МППМ 308
5.5. Сошники и сошниковые секции машины с катково-сферичискими сошниками 311
5.6.Настройка многофункциональной машины в варианте зерновой сеялки 316
5.7. Настройка многофункциональной машины в варианте овощной сеялки 325
Выводы по пятой главе 327
ГЛАВА 6. Технико-экономическое обоснование...329
6.1. Полевые испытания сеялки с вибрационными аппаратами 322
6.1.1. Рядовая сеялка с вибрационными высевающими аппаратами 322
6.1.2. Настройка сеялки на различные режимы работы 325
6.1.3. Характеристика условий испытаний 332
6.1 АОпределение показателей качества работы сравниваемых высевающих аппаратов 335
6.2. Экономическая эффективность многофункциональной почвообрабатывающе-посевной машины с вибрационным высевающим аппаратом 339
Выводы по шестой главе 346
Выводы 348
Список литературы 353
Приложение 376
- Технологические процессы возделывания с.-х. культур, способы их посева, агротребования
- Структурная модель процесса высева
- .Вибрационный аппарат с лотковым высевающим устройством
- Много функциональная машина в варианте сеялки со штанговым высевающим аппаратом
Введение к работе
Основной задачей АПК страны является полное удовлетворение потребностей населения собственными продуктами питания, а перерабатывающей промышленности - сырьем.
Федеральными программами стабилизации и дальнейшего развития аграрного сектора России предусматривается в ближайшие годы увеличить ежегодные валовые сборы зерна до 100 млн. т. в год, а в перспективе (2015...2017 гг.) довести урожайность зерновых культур до среднемировых показателей (2.7...3 т/га) и стабилизировать производство зерна на уровне 150...170 млн.т. [1,2].
Наряду с зерновой проблемой программами предусматривается и увеличение производства овощей. Для удовлетворения потребностей населения в овощах необходимо ежегодно производить 17,5...18 млн.т. витаминной продукции, в то время как сейчас их производство находится на уровне 11...12 млн.т. [3,4].
Решение этих проблем требует технологического перевооружения на базе энерго- и ресурсосберегающей техники нового поколения, существенное повышение качества выполняемых ими процессов и создание необходимых условий для полного раскрытия потенциала урожайности возделываемых культур на всех этапах их роста и развития, в том числе и на посеве. В настоящее время потенциал урожайности сортов с.-х. культур используется лишь на 50...80% [5].
Возделывание с.-х. культур обеспечивается совокупностью последовательно сменяющихся механизированных технологических процессов, обусловленных научно-обоснованными агротребованиями и биологией роста и развития растений. Технологические процессы при которых осуществляется посев семян занимают одно из ведущих мест в общем комплексе работ по возделыванию с.-х. культур, обеспечивающих повышение их урожайности при одновременном снижении себестоимости.
Технологические процессы высева семян различных культур представляют собой отдельные, неразрывно связанные между собой операции. В этом комплексе наиболее ответственной является операция дозирования семян. Равномерность их потока, формируемого при дозировании, определяет качество всего технологического процесса высева.
Технологические процессы высева семян различных культур реализуются посевными машинами (сеялкам), оснащенными структурными элементами (рабочими органами), каждый из которых выполняет определенную операцию с семенами.
Различия в физико-механических свойствах семян высеваемых культур, агротехнике их возделывания, недостаточная универсальность основных рабочих органов посевных машин обусловило выпуск различных по назначению и конструкции сеялок, что было связано с определенными трудностями и значительными денежными и материальными затратами.
Технический уровень отечественных сеялок в доперестроечный период определялся «Системой машин», в разработке которой принимали участие ГСКБ заводов, союзные и отраслевые научно-исследовательские и учебные институты [6]. Благодаря их усилиям были разработаны и поставлены на производство рядовые зерновые сеялки шириной захвата 3,6м, а для почв, подверженных ветровой эрозии, шириной 2,1м. Для посева овощных культур - овощные сеялки - шириной захвата 2,8м, а позднее 4,2 и 5,4м.
Эти сеялки оснащаются катушечными высевающими аппаратами (ВА) непрерывного высева. Проведенные позднее в различных регионах страны исследования по уточнению обоснованности агротехнических требований к качеству работы ВА, послужило основанием для разработки и производства широкозахватных сеялок с централизованными пневматическими высевающими системами [7]. В настоящее время из-за отсутствия четкой координации конструкторских организаций и базовых заводов производство посевных машин развивается стихийно. На отечественном рынке появились зарубежные посевные машины, отличающиеся высоким качеством изготовления,
10 оборудованных системами контроля технологического процесса их работы [8]. Согласно данным [9,10], около двух десятков иностранных фирм выпускают более двухсот моделей сеялок шириной захвата от 2 до 9м, при этом предпочтение они отдают навесному их варианту. В процессе испытания и хозяйственных работ зарубежных сеялок были выявлены такие недостатки, как неполное соответствие отечественным агротребованиям, особенно при неустойчивых погодных условиях и высокая стоимость, как самих машин, так и запасных частей [11,12].
Основным критерием технического уровня с.-х. машин, в том числе и сеялок, является их спрос на отечественном и мировом рынке. Существующий парк отечественных посевных машин представлен большой номенклатурой однооперационных сеялок, обусловливающих низкую их сезонную загрузку и дополнительные расходы на приобретение, эксплуатацию и ремонт. Анализ дальнейшего совершенствования техники для растениеводства позволил определить основные направления их развития.
Одним из перспективных направлений перевооружения с.-х. производства является оснащение его универсальными, в том числе многофункциональными, машинами с необходимым набором рабочих органов, позволяющих путем быстрой переналадки выполнять несколько технологических операций, не совпадающих по агротехническим срокам. Материалоемкость таких машин в 1,5.. .2 раза ниже однооперационных, выполняющих тот же объем работ, что значительно снижает их стоимость. Известно, что расход ГСМ, затраты труда и средств на эксплуатацию и ремонт находится в прямой зависимости от массы машины. В связи с этим новое поколение машин должно разрабатываться с учетом многофункциональности и блочно-модульного принципа их функционирования при более низких энергозатратах.
В технологическом процессе высева любой сеялкой участвует несколько структурных элементов (рабочих органов), но основным, определяющим качество высева, является ее высевающий аппарат (ВА).
В зерновых и некоторых овощных сеялках используются аппараты непрерывного высева, а в пропашных сеялках однозернового высева - аппараты циклического или пульсирующего действия.
Наиболее распространенным аппаратом непрерывного высева является катушечный со сдвигаемой или неподвижной катушкой. Эти аппараты являются одноструйными, т.е. каждый из них подает семена в один рядок. Катушки аппаратов, осуществляющих высев семян с большой нормой, плохо справляются с высевом семян с малой нормой. Многие детали катушечного аппарата требуют сложных технологий их изготовления, что обусловливает их высокую стоимость. Установка на норму и равномерность высева осуществляется с помощью трех регулировок, что повышает трудоемкость операций по подготовке сеялки к работе и требует высокой квалификации настройщика.
В производственных условиях этот аппарат не удовлетворяет требованиям по качеству посева, оцениваемого равномерностью распределения семян в рядке. По данным Комаристова В.Е. при различных нармах высева коэффициент вариации интервалов между семенами в рядке колеблется от 93 до 122% [13]. Кроме того, при этом наблюдается и травмирование семян. Согласно исследованиям Еремина В.Н. при частоте вращения катушки 30...60 мин"1 повреждение семян овса составилоЗ,5...9,7%>, пшеницы - 5,3...14,5% и ржи6,7... 17,6% [14].
К аппаратам непрерывного высева относятся централизованные высевающие системы (ЦВС), осуществляющие общее дозирование семян в пневмопровод и их транспортирование к сошникам воздушным потоком. Подача семян в пневмопровод осуществляется катушками больших размеров. В некоторых системах предусматривается двойное деление пневмозерновых смесей в специальных делительных головках. Существенными недостатками таких высевающих систем являются: сложность поддержания постоянной скорости воздушного потока, транспортирующего семена, возможность забивания семяпроводов при снижении его скорости, повреждение семян в процес-
12 се их транспортирования и деления на отдельные потоки в распределительных головках [7]. Все это приводит к значительной неравномерности распределения семян вдоль рядков и по занимаемой площади. Если при высеве семян зерновых культур такими системами неравномерность распределения семян вдоль рядков компенсируется биологическими особенностями этих культур и не приводит к значительному снижению урожайности, то этого нельзя сказать про семена пропашных и овощных культур. При общей простоте технологической схемы функционирования, в конструктивном отношении они значительно сложнее механических ВА, в том числе из-за высокооборотных вентиляторов с приводом от вала отбора мощности трактора. Высевающие системы сеялок с центральным дозированием целесообразно использовать в степных районах с большими размерами полей, засеваемых в сжатые агросроки.
К ВА непрерывного высева относится вибрационная высевающая систему (ВВС) «Клен» с централизованным управлением режимом работы - изменением частоты и амплитуды колебаний высевающего элемента в зависимости от нормы высева и физико-механических свойств семян. Эта система не требует привода высевающих устройств. Однако, применение ее ограничивается из-за отсутствия устройств для внесения минеральных удобрений. По данным испытаний сеялки с ВВС на Северо-Кавказской МИС отмечена повышенная неравномерность ее высева [8]. Кроме того, ее стоимость по сравнению с традиционной системой и ЦВС значительно выше.
Применяемые в сеялках точного однозернового высева механические и пневматические аппараты, расположенные непосредственно в секциях, более равномерно распределяют семена вдоль рядка по сравнению с катушечными. Однако, в результате низкой всхожести большинства семян пропашных и овощных культур это преимущество сводится к минимуму. Кроме того, эти аппараты, являясь одноструйными, сложнее катушечных, а их стоимость значительно выше.
Несмотря на многообразие высевающих систем, универсальный аппарат, удовлетворяющий всем агротехническим и эксплутационным требованиям высева семян с различными физико-механическими свойствами и нормами высева, до сих пор не создан [15].
Конструктивно-технологические схемы рассмотренных высевающих аппаратов не вписываются в компоновочные схемы многофункциональных полевых машин, работающих в вариантах рядовой или пропашной сеялок. Поэтому работы исследователей и конструкторов, связанные с совершенствованием существующих и разработкой принципиально новых ВА, свободных от названных выше недостатков, являются актуальными. К ним можно отнести аппараты, рабочие процессы которых основаны на использовании вибрации, в результате которой семена приобретают свойства, повышающие их «текучесть».
Ограниченное использование ВА, в рабочих органах которых используется принцип вибрации, объясняется не только недостаточной изученностью процесса, но и низким уровнем технических решений, положенных в основу их рабочих процессов, оценочные показатели которых не удовлетворяют агротехническим требованиям.
Принципиально новым техническим решением, повышающим качество технологического процесса высева семян вибрационным аппаратом, является отделение колеблющегося объема семян от общего объема в бункере. При этом в процессе высева автоматически сохраняются параметры колеблющегося объема семян за счет постоянной подпитки его семенами из бункера. При этом создаются равновозможные условия для всего объема семян в высевающем устройстве, что позволяет обеспечить многоструйное и равномерное их истечение через все высевные отверстия.
Аппараты, работающие с использованием принципа вибрации, являются универсальными, так как изменением режима колебаний можно добиться высева семян, значительно отличающихся по физико-механическим свойствам и нормам высева.
Технологический процесс многоструйного высева значительно упрощает привод аппаратов, что дает возможность удачно вписать их в компоновочную схему универсальной полевой машины, обеспечивающей экономию материальных средств, энерго- и ресурсосбережение при с.-х. работах в варианте рядовой и пропашной сеялок.
В связи с этим весьма актуальной является проблема совершенствования технологического процесса высева семян и создания высевающих систем, основанных на блочно-модульном принципе построения и обеспечивающих высокое качество посева. Решению отмеченной проблемы и посвящена данная работа.
Результаты исследования многоструйного высева семян из замкнутого объема при низкочастотных колебаниях семенного слоя, составившие основу представленной диссертации, выполнены в соответствии с государственной научно-технической программой в течение 1990...2005 гг. на кафедрах сельскохозяйственных машин и теоретической механики и сопротивления материалов Красноярского государственного аграрного университета при участии Красноярского НИИ сельского хозяйства, позволили обосновать параметры вибрационных высевающих аппаратов для посева зерновых и овощных культур, а полученные теоретические и экспериментальные данные составляют научную основу для проектирования и использования вибрационных высевающих аппаратов на сеялках и комбинированных почвообрабатывающе-посевных машинах, работающих в вариантах рядовой и пропашной сеялок.
На основании вышеизложенного была сформулирована цель диссертации: разработка технологического процесса и технических средств многоструйного вибрационного высева семян сельскохозяйственных культур, обеспечивающих снижение материальных и энергетических затрат и повышение качества посева
На защиту выносятся следующие положения:
1. Теоретические модели обоснования технических средств высева семян.
Теоретические модели обоснования технологического процесса многоструйного вибрационного высева семян.
Классификации вибрационных высевающих аппаратов и конструктивно-технологические схемы со штанговыми, цилиндрическими и лотковыми высевающими устройствами.
Двухуровневая система формирования многоструйного потока семян путем сочетания свободного и вынужденного истечения при низкочастотных их колебаниях;
Математические модели, описывающих движение семенного материала при его колебаниях в замкнутом объеме и обеспечивающие определение условий равномерного истечения семян через калиброванные высевные отверстия;
Экспериментальные зависимости количественных и качественных оценочных показателей вибрационных аппаратов при высеве различных семян от основных факторов, влияющих на их рабочие процессы.
Универсальная почвообрабатывающее-посевная машина в варианте зерновой и пропашной сеялок.
Аналитические зависимости для настройки вибрационных высевающих аппаратов сеялок на заданную норму высева;
Технологические процессы возделывания с.-х. культур, способы их посева, агротребования
Технологические процессы возделывания с.-х. культур, обеспечивающие повышение их урожайности при одновременном снижении себестоимости могут быть реализованы лишь путем согласованных действий, включающих комплексы организационно - хозяйственных, агротехнологических и технических мероприятий (рис. 1.1). Технологические процессы возделывания сельскохозяйственных культур Оргшшзациршю-хозяй-ственное обеспечение Агрот ехпологи чес-кое обеспечение Техптческое обеспечение Внесение удобрений и обработка почвы О Оо -оSооож иs »3 Подготовка семенного материала Посев сельскохозяйственных культур Уход за посевами Рис. 1.1. Технологические процессы возделывания сельскохозяйственных культур. Организационно-хозяйственные мероприятия должны решать вопросы организации труда, его оплату, условия быта и досуга обслуживающего персонала и операторов и т.д.
В комплексе мероприятий агротехнологического характера включаются вопросы четкого соблюдения агросроков при проведении технологических процессов, размещения культур в севооборотах, применения влагосберегающих приёмов обработки почвы и различных способов внесения удобрений, посева районированными высококлассными семенами, интегрированной защиты посевов от вредителей, болезней и сорняков и др.
Техническим обеспечением решаются вопросы механизации технологических процессов при возделывании культур. При этом необходимо обеспечить рациональное и высокопроизводительное использование техники, отвечающей требованиям универсальности, энерго и ресурсосбережении, а компоновочные схемы машины блочно - модульному принципу их функционирования. Анализ технологических процессов возделывания культур показывает, что обработку почвы проводят с целью поддержания и улучшения условий её плодородия, накопления и сохранения в ней запасов влаги, уничтожений сорных растений, возбудителей болезней и вредителей культурных растений, предотвращения эрозионных процессов, вовлечение в круговорот элементов питания из нижних горизонтов почвы. Достижение поставленной цели обеспечивается системой обработки почвы, которая включает научно- обоснованную совокупность приёмов обработки - отвальную обработку, безотвальную, ярусную, минимальную. Каждый из приёмов обработки почвы проводят в лучшие для данной зоны агротехнические сроки с выполнением агротребований. Оценкой качества выполнения операций по обработке почвы являются плотность сложения почвы, равномерность обработки по глубине, степень крашения почвы, степень уничтожения сорняков.
Так, например, при отвальной вспашке отклонение средней глубины от заданной не должно превышать 10...20 мм, а высоте гребней не более 50 мм. Заделка посевных остатков должна составлять не менее 98 % на глубину не менее 120 мм. Качество вспашки повышается при достижении физической спелости почвы. Суммарная площадь, занимаемая комками более 100 мм не должна превышать 15% от общей. Состояние поля, подготовленное к посеву должно обеспечить наилучшие условия для выполнения последующего технологического процесса -посева с.-х. культур.
Важным технологическим приёмом при возделывании культур является создание оптимального уровня минерального питания в течение всего роста и развития растений как за счёт мобилизации из почвы, так и рационального применения удобрений. Обязательным условием при внесении органических удобрений является равномерное распределение органических удобрений с нормой 40...60 т/га. С последующей их запашкой. Дозы минеральных удобрений рассчитывают с учётом содержания элементов питания в почве, выноса их с планируемым уровнем их усвоения из удобрений. Оценкой качества внесения удобрений является равномерность их распределения по полю. При сплошном внесении минеральных удобрений фактическая доза от расчётной не должна превышать +5 %, а неравномерность их распределения не более 15%. Для органических неравномерность распределения по ширине разбрасывания не более 25%, а по ходу машины- 10%).
Структурная модель процесса высева
Анализ технологического процесса высева семян с.-х. культур любой посевной машиной позволяет выделить пять основных этапов этого процесса (рис. 2.1). На первом этапе происходит загрузка семенного материала в бункер. При этом основными показателями оценки исполнения бункером технологической операции являются у і - коэффициент использования и у2 - производительность машины на которые влияют xj - емкость бункера х2 - время загрузки. Второй этап включает истечение семян из бункера в дозатор и характеризуется х3 - непрерывностью истечения, обеспечивающей у3 - стабильность высева. Третий этап характеризуется дозированием семян в высевающем устройстве, которое, в конечном счете, определяет качество всего технологического процесса посева, характеризуемое у4 - урожайностью, у5 - универсальностью аппаратов и уб -стабильностью высева при неровном рельефе поля, на что влияют: х4 - норма высева, х5 - физико-механические свойства семян и х6 - колебания машины в продольной и вертикальной плоскостях. Задача семяпроводов на четвертом этапе - доставить выделенные высевающим аппаратом семена, при этом оценочными показателями соблюдения ими технологического процесса являются у7 - стабильность процесса и у8 - равномерность распределения семян, на что оказывают влияние: х7 - конструкция, х8 - высота падения семян, Хд - наклон посевного агрегата. На заключительном этапе показателями оценки работы сошников выступают: уд - качество посева и у]0- энергоемкость, которые зависят от хш- универсальности сошников, а также хц - требований к состоянию поля и формированию бороздки.
Технологический процесс высева семян с.-х. культур включает цикл отдельных технологических операций, направленных на создание условий для равномерного истечения из высевающего устройства и распределения в бороздке семенного материала, обеспечивающих интенсивный рост растений и получение высокого урожая засеваемых культур. X, СеменноїІ материалі J У] :ії Бункер І х2 У2 х3 УЗ Истечение семяниз бункера ввысевающий аппарат х4 У4 Дозатор высевающий аппарат. х5 : У5 х6 и У6 х7 і У 7 Семяпровод х8 У8 Хд У9 х10 w Сошник XJ1 Ую ды Ук. \ \ \чадка семян в дно боро: Рис. 2.1. Модель технической системы управления процессом высева Все факторы, оказывающие влияние на соответствующие технологические операции высева, оцениваются качеством их исполнения при минимальных энергетических и материальных затратах. По этим показателям применяемые технологические процессы должны обеспечивать высокий технико-экономический эффект. Это требование позволило получить целевую функцию показателей их эффективности. Используя методику определения целевой функции, предложенной Н.В. Цугленком [104], она может быть выражена в виде Еуд0. - удельная продуктивность і - культуры при использовании существующей технологии посева; F; - площадь, занимаемая і - культурой; EDi- дополнительная продукция, получаемая при использовании новой технологии посева; Епуді - удельная энергопродуктивность і - культуры; Et- энергетические затраты на высев і - культуры; Cj- цена единицы компонента урожая; Ц .- затраты на производство і - технологией высева с использованием j - го типа сеялки. Из анализа целевой функции (2.1) вытекает, что технологический процесс высева семян должен обеспечивать непрерывность и равномерность истечения семян для достижения максимально равномерного их распределения по засеваемой площади, обеспечивая достижения наивысшего агротехнического эффекта при одновременном снижении материальных и энергетических затрат.
Окончательное решение данной системы сводится к оптимальному моделированию всех подсистем с учетом показателей качества высева семян вибрационным высевающим аппаратом, энергетических и стоимостных показателей и оценке полученных результатов. Известно, что любой технологический процесс высева семян с.-х. культур должен обеспечивать высокий технико-экономический эффект, при котором общая целевая функция стремится к максимуму. Однако для достижения мак симального эффекта необходимо, чтобы показатели качества высеянных семян, и соответствующие энергетические и материальные затраты на получение еди 89 ницы продукции были минимальными. Тогда, в первом приближении, используя единую систему единиц, можно представить целевую функцию, позволяющую определить оптимальные параметры технических средств, обеспечивающих стабильность процесса высева, в виде Feblx= {Ki-Kjf+aP + fJM mm. (2.2.2) где [Ki-Kjf- показатель качества высеянных семян вибрационным высевающим аппаратом; Р - снижение материальных затрат при посеве от использования предлагаемого технологического процесса; М - снижение энергетических затрат при посеве от использования предлагаемого технологического процесса; а и ft- соответствующие поправочные коэффициенты. На основе проведенного системного анализа, можно отметить, что основой решения поставленной целевой функции (2.2.2) является использование таких технических средств, работа которых позволит обеспечить протекание технологического процесса высева в пределах существующих агротребований при одновременном снижении материальных и энергетических затрат
.Вибрационный аппарат с лотковым высевающим устройством
Исследовались два варианта вибрационных аппаратов с лотковыми высевающими устройствами. Один из них предназначался для высева семян зерно 161 вых и других культур, для которых характерны большие нормы высева, а второй - для семян пропашных, в том числе и овощных культур, высеваемых с малыми нормами. При одинаковом рабочем процессе эти аппараты отличались лишь размерами бункера, высевающего устройства и количеством высевных отверстий. Высевающий аппарат для высева семян зерновых и зернобобовых культур [182,184] состоит из бункера 9 и высевающего устройства 4 (рис. 3.3). Высевающее устройство в виде прямоугольного закрытого лотка с размерами 510x200x200мм через подвески 5 связано с бункером, для чего к каждой стенке бункере приварены четыре кронштейна 6, а к высевающему устройству столько же кронштейнов 3, выполненных в виде пластин с отверстиями. Ко всем кронштейнам бункера и кронштейнам высевающего устройства прикрепляются болтовыми соединениями гибкие пластины подвесок 5. Такое соединение высевающих устройств с бункерами не имеет трущихся поверхностей и требует минимального усилия для их привода в колебательное движение. В нижней горловине бункера к торцевым ее стенкам 11 прикреплен 2-х скатный козырек 12. Нижние его обрезы совпадают с нижними кромками окон, выполненных в боковых стенках 14 горловины. Эти окна перекрываются дозаторами 13. Крепление дозаторов к боковым стенкам горловины бункера обеспечивает их смещение по вертикали. При этом изменяется расстояние от нижних кромок дозатора до днища высевающего устройства, а следовательно, и уровень семян в высевающем устройстве. Для крепления ВА к раме лабораторной установки к стенке бункера приварены опорные пластины 7, усиленные косынками 8. К днищу корпуса высевающего устройства прикреплен кронштейн 1, к которому присоединяется шатун привода лотка. В днище лотка выполнены 10 высевных отверстий. Сверху установлена регулировочная накладка с аналогичными отверстиями. Накладкой регулируется размер высевных отверстий и, соответственно, норма высева. Под каждым высевным отверстием смонтирован наконечник семяпровода 2. Вибрационный аппарат с лотковым высевающим устройством: 1 - кронштейн шатуна; 2 - наконечник семяпровода; 3 - кронштейн подвески; 4 - высевающее устройство; 5 - подвеска высевающего устройства; 6 - кронштейн бункера; 7 - горизонтальная пластина бункера; 8 - косынка; 9 - бункер; 10 - заслонка бункера; 11 - торцевая стенка горловины бункера; 12 - двухскатный козырек; 13 - дозатор; 14 - боковая стенка горловины бункера Вариант вибрационного аппарата для высева семян овощных культур и трав представлен на рис. Размеры лотка - 200x150x150мм при четырех высевных отверстиях. Вибрационный аппарат с лотковым высевающим устройством для высева семян овощных культур: 1 - наконечник семяпровода; 2 - кронштейн подвески; 3 - гибкая подвеска; 4 - высевающее устройство; 5 - дозатор; 6 - переходная трубка дозатора; 7 - нижняя горловина бункера; 8 - пластина подвесок; 9 - бункер; 10 - горизонтальная пластина бункера; 11 - косынка; 12 - заслонка; 13 - кронштейн шатуна 163 3.3. Лабораторные установки для проведения экспериментальных исследований Для проведения экспериментальных исследований рабочих процессов вибрационных аппаратов была разработана и изготовлена лабораторная установка. Конструкции установки обеспечивала регулировку частоты и амплитуды колебаний в широком диапазоне, за счет смены шкивов и замены эксцентриковых втулок. Интервалы по частоте и амплитуде колебаний составляли соответственно 1,0 Гц и 1,0мм. Рама установки, включающая горизонтальные и вертикальные брусья, раздвижная, что позволяло устанавливать аппараты с различными высевающими устройствами На рис. 3.5 представлен общий вид лабораторной установки с вибрационным штанговым ВА. Рис. 3.5. Схема лабораторной установки с вибрационным высевающим аппаратом: 1 - основной брус рамы; 2 - регулировочное устройство; 3 - эл. двигатель; 4 - рама привода; 5 - эксцентриковый вал привода высевающего устройства; 6 - вертикальная стойка основной рамы; 7 - продольный брус ра мы; 8 - бункер; 9 - брус подвески штанги; 10 - штанговое высевающее устройство; 11 - ящички для сбора семян; 12 - стол Лабораторная установка со штанговым вибрационным ВА работает следующим образом. Семена из бункера самотеком через регулируемое окно в горловине бункера поступают в дозатор. При его колебаниях уровень семян в нем определяется расстоянием от нижней кромки горловины бункера до дна 164 дозатора. Из дозатора семена через его регулируемое окно ссыпаются в штангу и заполняют ее. Благодаря колебаниям штанги семенной материал становится подвижным и разрыхленным и через высевные отверстия и наконечники семяпроводов поступает в специальные ящички для индивидуального сбора. Благодаря двойному дозированию семян заслонками и наличия в конце штанги компенсатора исключается переуплотнение в ней семян и обеспечивается равномерность их высева через все высевные отверстия штанги.
Много функциональная машина в варианте сеялки со штанговым высевающим аппаратом
Общий вид и основные элементы аппарата, установленного на раме МППМ в варианте сеялки (патент РФ № 2072760) представлены на рис. 5.5. Высевающий аппарат [178] смонтирован на раме 2 (рис. 5.2), на которой размещены два бункера 7 и 9. К каждому из них снизу прикреплены дозаторы 10 и 13, а к последним одним концом присоединены трубчатые штанги 16 (в связи с симметричностью расположения штанг, правая штанга не показана). К каждой из трубчатых штанг снизу прикреплены пластина 17 и регулировочное устройство 19. Пластина 17 плотно прижимается к соответствующей штанге посредством направляющих 18. Каждая штанга 16 одним концом через гибкое соединение 15 (например, армированный патрубок) связана с дозатором 13, а другим концом, через регулируемую подвеску 1, с рамой. На раме, симметрично ее середины, закреплены бункеры 7 и 9. Бункеры своими внутренними вертикальными стенками плотно стыкуются друг к другу и скрепляются болтовыми соединениями, а левая часть левого бункера и правая часть правого бункера через быстросъемные кронштейны 4 крепятся к раме. К наклонным стенкам бункера привариваются полосы 5. Жесткость между стенкой бункера и полосой обеспечивается косынками 6. В кронштейнах 4 и полосах 5 имеются отверстия для крепления бункеров болтовыми соединениями к кронштейнам 4. К противоположным наклонным стенкам бункеров приварены кронштейны для присоединения верхних концов подвесок 12.
Внутри каждого бункера смонтированы регулировочные заслонки 8, положение которых может быть зафиксировано стопорным винтом. Крепления быстросъемных кронштейнов 4 к раме осуществляется с помощью двух пластин 3, приваренных к кронштейнам так, что расстояние между ними равно наружному размеру бруса рамы. В пластинах 3 имеются отверстия под болтовое соединение. При установке кронштейнов на брус рамы пластины плотно охватывают его и с помощью болтовых соединений обеспечивают жесткую их фиксацию, а, следовательно, и бункеров на раме. Каждая штанга ВА представляет собой тонкостенную трубу, на которой смонтированы направляющие 18 пластины 17 и кронштейн подвески 1. Снизу, вдоль всей штанги на определенном расстоянии друг от друга расположены высевные отверстия 23, которые перекрываются пластиной 17 с аналогичными отверстиями 24. Направляющие 18, которые плотно прижимают пластину 17 к трубе штанги 16, представляют собой два пластинчатых кронштейна 20, приваренных к трубе штанги с зазором относительно ширины пластины 17. В отверстия кронштейнов 20 вставляется специальный болт 21, который является осью ролика 22. С помощью роликов 22 обеспечивается плотное прилегание пластины 17 по все длине штанги 16. Пластина с помощью регулировочного устройства 19 может перемещаться относительно штанги, при этом сечения всех высевных отверстий 23 штанги будут изменяться на одинаковую величину. Этой регулировкой изменяется норма высева семян или другого сыпучего материала.
В первом варианте вибрационного аппарата штанги были цельными. Недостатком такой конструкции штанг является совмещение в едином потоке одновременно происходящих двух различных процессов - перемещение материала вдоль штанги и его высев из высевных отверстий. Это ухудшает равномерность высева на полях с неровным рельефом местности. Кроме того, отсутствует возможность полной очистки внутренней полости штанги после высева клейко-липких материалов, в том числе и минеральных удобрений. В связи с этим, в последующем варианте вибрационного штангового В А [179] конструкция штанг была изменена (патент РФ № 2121779). В этом варианте штанги ВА разъемные и состоят из двух равновеликих половин. Для их плотного соединения между собой с помощью винтов к каждой половине штанги приварены полосы. К нижней половине штанги - полосы 28, а к верхней - полосы 29. В разъемах штанг вдоль всей их длины располагаются продольные перегородки 26, разделяющие внутренние полости штанг на две зоны - верхнюю зону 25 и нижнюю - 27. Верхняя зона каждой из штанг служит для транспортирования (перемещения) материала вдоль ее оси, а нижняя зона для выброса (высева) материала через высевные отверстия 23. Нижняя зона каждой штанги разделена на отдельные и независимые друг от друга отсеки с помощью вертикальных перегородок 31, имеющих лапки 32 с отверстиями для крепления этих перегородок к продольной перегородке 26. Каждый отсек нижней зоны соединяется с верхней зоной через окна 30, выполненные в продольной перегородке 26. Причем для каждого отсека нижней зоны предусмотрено свое окно в продольной перегородке
Каждый дозатор 13 представляет собой емкость, состоящую из каркаса 39 и днища 36. Каркас имеет прямоугольную форму и включает две боковые стенки - левую 39 и правую 40, а также переднюю 37 и заднюю 44. Нижние кромки всех стенок имеют отбортовки в которых просверлены отверстия для крепления каркаса 39 и днища 36, в котором также имеются отверстия. Их крепление обеспечивается болтовыми соединениями.
Днище 36 дозатора установлено относительно каркаса 39 под углом 4е. Этот угол обеспечивает наклонное положение каждой из штанг. К днищу дозатора приварена труба 34. Для этого в ней сделан срез верхней ее части (вдоль оси трубы) под размер, определяемый шириной днища 36. В днище дозатора сделано продолговатое отверстие 42, ширина которого несколько меньше ширины щели в трубе 34, полученной в результате среза ее верхней части. Между днищем 36 и нижним концом задней стенки 44 каркаса 39 дозатора располагается регулируемая заслонка 14 со скошенной передней кромкой. Благодаря наличию в заслонке 14 продолговатых пазов 33, она может смещаться относительно днища 36. Фиксация ее в определенном положении осуществляется тем же болтовым соединением, которым стенка 44 крепиться к днищу 36. Разборное крепление днища с трубой 34 относительно каркаса 30, позволяет производить смену штанг (например, для высева мелкосемянных культур с малой нормой высева) без замены самого каркаса дозатора.
