×

Вы используете устаревший браузер Internet Explorer. Некоторые функции сайта им не поддерживаются.

Рекомендуем установить один из следующих браузеров: Firefox, Opera или Chrome.

Контактная информация

+7 961 270-60-01
ivdon@ivdon.ru

К теории дозирования семян пневматическим высевающим аппаратом избыточного давления

Аннотация

А.Ю. Попов, И.А. Казачков

Дата поступления статьи: 23.04.2014

В статье рассмотрен один из этапов процесса дозирования высевающим аппаратом избыточного давления – транспортирование единичного семени дозирующими элементами высевающего диска. Представлена схема сил. В результате теоретического исследования была определена зависимость величины избыточного давления в семенной камере от основных параметров работы высевающего аппарата избыточного давления. Построены графики теоретической зависимости давления в семенной камере от диаметра отверстий и угла поворота высевающего диска. Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы. Увеличение диаметра отверстий дозирующих элементов высевающего диска приводит к значительному уменьшению давления, необходимого для транспортирования семени. При увеличении угловой скорости высевающего диска давление необходимое для гарантированного транспортирования семени увеличивается. Увеличение угла поворота высевающего диска оказывает незначительное влияние на давление в семенной камере аппарата.

Ключевые слова: семена, транспортирование, дозирование, силы, избыточное давление дозирующий элемент, условный диаметр, зависимость.

В настоящее время в отечественных технологиях посева пропашных культур на замену вакуумным высевающим аппаратам точного высева [1] приходят аппараты, работающие на избыточном давлении. Основным достоинством этих аппаратов является возможность проведения посева с высокой равномерностью распределения семян на поле на больших скоростях движения сеялки, что диктуют все возрастающие агротехнические требования к возделыванию пропашных культур. Посевной агрегат в составе, которого используется сеялка, работающая на избыточном давлении, является высокопроизводительным и позволяет проводить посев в сжатые агротехнические сроки, что определяет в последующем получение высоких урожаев [2]. Разработка новых конструктивных параметров и технологических режимов работы высевающих аппаратов  невозможна без правильного понимания процессов дозирования, которые для аппаратов, работающих на избыточном давлении, еще не достаточно изучены и имеют свои особенности.
На процесс транспортирования семян дозирующим элементом диска высевающего аппарата оказывает влияние множество факторов, в том числе избыточное давление, диаметр отверстий дозирующих элементов, частота вращения высевающего диска и другие [3, 4]. Для нахождения оптимальных параметров и режимов работы высевающего аппарата избыточного давления необходимо определить аналитическую зависимость величины избыточного давления в семенной камере от различных факторов, возникающих при транспортировании семян дозирующими элементами диска.
Рассмотрим один из этапов процесса дозирования высевающим аппаратом [5] – транспортирование единичного семени дозирующими элементами высевающего диска.
В основу теоретического исследования процесса транспортирования  семян дозирующими элементами высевающего диска, положена модель сыпучего тела, предложенная исследователями Л.В. Гячевым и В.А. Богомягких. Учитывая их рекомендации, а также  результаты предыдущих исследований, примем следующие допущения:
– все семена одинаковы по форме и размеру, и представлены в виде абсолютно твердых шаров с постоянным углом укладки в семенной камере высевающего аппарата;
– форма семян реального посевного материала учитывается с помощью коэффициента формы реальных семянkф, который для каждой культуры разный, а линейные размеры семян – длина, ширина и толщина – с помощью условного диаметра семени, определяемого по известной формуле  [6];
– линейные размеры семян значительно меньше габаритных размеров семенной камеры;
– угловая скорость высевающего диска постоянна;
– величина избыточного давления в семенной камере постоянно;
– проекция центра тяжести транспортируемого семени на плоскость высевающего диска совпадает с центром отверстия дозирующего элемента;
– при повороте семени на кромке дозирующего элемента, изменение расположения центра тяжести семени изменяется незначительно;
– масса всех семян одинакова.
При транспортировании единичного семени дозирующим элементом высевающего диска на него в продольно-вертикальной плоскости xoy, действуют сила тяжести mg, сила сопротивления воздуха RС и центробежная сила U, которые относятся к совокупности сил, оказывающих сопротивление движению семени, транспортируемому дозирующим элементом. Так как каждая из них стремится сбросить захваченное семя из отверстия высевающего диска.
На рисунке 1 представлена схема сил, действующих на единичное семя при транспортировании его дозирующим элементом высевающего диска аппарата.



Рис. 1. – Схема сил, действующих в продольно-вертикальной плоскости xoy на единичное семя, транспортируемое дозирующим элементом


Определим силу общего сопротивления FС, действующую на семя при транспортировании, по следующей формуле
,
где FCX –сила общего сопротивления FС в проекции на ось x; FCY –сила общего сопротивления FС в проекции на ось y.
Определим составляющую силы общего сопротивления FС в проекции на ось x
,
где γ – угол поворота  диска высевающего аппарата по горизонтали, рад; m – масса семени, кг; g – ускорение свободного падения, g=9,81 м/с2.
Определим составляющую силы сопротивления FС в проекции на ось y
,
где Uцентробежная сила,Н.
Тогда общая сила сопротивления FС
. (1)                     
Известно, что сила сопротивления воздуха определяется по формуле , а центробежная сила равна  [7]. Подставляя в формулу (1) значения U и RC, получим
.(2)        
где kП– коэффициент парусности семени, м-1; R – радиус окружности центров отверстий дозирующих элементов высевающего диска, м; ω – угловая скорость высевающего диска, с-1.
Кроме того, на единичное семя, захваченное дозирующим элементом высевающего диска, оказывает воздействие сила избыточного давления PТР, которая удерживает его при транспортировании дозирующим элементом высевающего диска.
Из рисунка 2 видно, что сила избыточного давления PТРи сила общего сопротивления FС, создают моменты относительно точки А. Если момент силы избыточного давления PТР будет недостаточен, то рассматриваемое семя может развернуться на кромке отверстия дозирующего элемента вокруг точки А по направлению действия силы общего сопротивления FС 
Момент силы трения семени Fтр о поверхность высевающего диска и момент силы реакции опоры N высевающего диска на семя относительно точки  А отсутствуют. Это связано с тем, что линия действия данных сил проходит через точку А.
Из уравнения равновесия моментов сил относительно точки А определим силу избыточного давления PТР
.    (3)                                        
Из рисунка 2 видно, что треугольник ΔАМВ прямоугольный. Следовательно, стороны равны  и .



Рис. 2. – Схема сил, действующих на семя при повороте на кромке дозирующего элемента  в поперечно-вертикальной плоскости высевающего диска
Так как , то, подставляя значения  и  и преобразуя, определяем длину стороны
(4).                                                  
Подставляя значения  и   из (4) в выражение (3) и преобразуя, получим
.(5)                                              
где dотвдиаметр отверстия дозирующего элемента высевающего диска, м; rсем – условный радиус семени, м; d сем – условный диаметр семени, м.
Подставляя значение силы общего сопротивления FС из формулы (2) в формулу (5) и преобразуя, определим силу избыточного давления воздуха РТР  необходимую для гарантированного удержания и транспортирования одного семени дозирующим элементом
. (6)
Так как величину давления воздуха рТР в семенной камере пневматического высевающего аппарата определяют по известной формуле  [8] , то подставляя значение силы избыточного давления РТР из формулы (6) в данное выражение и преобразуя, получим выражение для определения давления воздуха р в семенной камере пневматического высевающего аппарата избыточного давления необходимого для гарантированного удержания и транспортирования единичного семени дозирующим элементом высевающего диска к месту сброса в сошник сеялки.
. (7)
где рТР  – давление воздуха в семенной камере аппарата избыточного давления, Па; k– эмпирический коэффициент, определяемый экспериментально и зависящий от высеваемой культуры, для пропашных культур данный коэффициент находится в пределах k = 0,35-1,55  [9, 10].
На основе полученной зависимости (7) были построены  графики теоретической  зависимости величины избыточного давления р в семенной камере пневматического аппарата избыточного давления от угла поворота высевающего диска γ (рис. 3) и от диаметра отверстий дозирующих элементов высевающего диска (рис. 4).



Рис. 3. – График теоретической зависимости избыточного давления р от угла поворота высевающего диска γ (ω = 0,8 с-1, dотв = 4 мм)



Рис. 4. – График теоретической зависимости избыточного давления р от диаметра отверстий высевающего диска dотв (ω = 0,8 с-1, γ= 1,5 рад)


Проанализировав полученную зависимость (7) и графики, представленные на рисунках 3 и 4  можно сделать следующие выводы:
– увеличение диаметра отверстий дозирующих элементов высевающего диска приводит к значительному уменьшению давления, необходимого для транспортирования семени;
– с увеличением угловой скорости высевающего диска повышается величина давления, необходимого для гарантированного удержания и транспортирования единичного семени дозирующим элементом;
– изменение угла поворота γ высевающего диска оказывает незначительное влияние на величину давления необходимого для транспортирования семени.

Литература:

  1. Скурятин Н.Ф., Мерецкий С.В. Совершенствование процесса посева зерновых на склоновых почвах [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2012, №1 – Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n1y2012/662 (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. рус.
  2. Рылякин, Е.Г. Обзор технических средств приготовления плющеного зерна, представленных на российском рынке сельхозтехники [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2013, №3 – Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1954 (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. рус.
  3. Karayel D., Barut Z.B., Özmerzi A. Mathematical Modelling of Vacuum Pressure on a Precision Seeder [Text] // Biosystems Engineering. – 2004. – №87 (4). – pp. 437–444.
  4. Singh, R. C., Singh G., Saraswat D. C. Optimization of design an operational parameters of a pneumatic seed metering device for planting cottonseeds [Text] // Biosystems Engineering. – 2005. – №92 (4). – pp. 429–438.
  5. Попов, А.Ю. Совершенствование конструкции пневматического высевающего аппарата избыточного давления [Текст] // Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. – 2009. – №4. – С. 76–79.
  6. Богомягких, В.А. Анализ работы дозирующей системы зерновой сеялки с централизованным высевом [Текст] / В.А. Богомягких  – Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГАА,  2005. – 85 с.
  7. Тарг, С.М. Краткий курс теоретической механики [Текст] / С.М. Тарг – М.: Высш. шк., 2004. – 416 с.
  8. Будагов, А.А. Точный посев на высоких скоростях [Текст] / А.А. Будагов. – Краснодар: Кн. изд-во, 1971. – 140 с.
  9. Листопад, Г.Е. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины [Текст] / Г.Е. Листопад, Г.К. Демидов, Б.Д. Зонов и др. – М.: Колос, 1986. – 688 с.
  10. Зенин, Л.С. К теории точного высева [Текст] // Вест.с.-х. науки Казахстана. – 1962. – №1. – С. 62 – 84.