862

52

Удар задней стенки ячейки о семена способствует входу семян в ячейки, что позволяет в конечном счете увеличить окружную скорость диска в 2…3 раза (т.е. 0.5…0,7 м/с). Разумеется, что процесс разгрузки таких ячеек становится проблематичным.

Другим способом улучшения заполняемости ячеек семенами является использование активного слоя семян в бункере. В этом случае семена под действием вращающихся ворошилок принудительно перемещаются в сторону вращения высевающего диска. За счет этого обеспечивается уменьшение относительной скорости семян при заполнении ячеек, что благоприятно влияет на их проход через отверстия.

В нашей работе [2.18] приведены экспериментальные данные по исследованию работы высевающего аппарата с вертикальным диском, у которого в зоне заполнения ячеек размещены три ворошилки (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Схема работы высевающего аппарата с использованием ворошилок в бункере свекловичной сеялки

Результаты одной из серий опытов с дражжированными семенами приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Заполняемость ячеек семенами при активном движении их над диском, %

Таким образом, постановка ворошилок в бункере повышает заполняемость ячеек. При тщательной калибровке семян стопроцентное заполнение ячеек может быть достигнуто при скорости диска до 1,15 м/с.

К сожалению, такое усовершенствование не вполне конструктивно.

53

Требуется три дополнительно рабочих элемента механизма их привода и др. Кроме того, активный слой, создаваемый ворошилками, движется относительно диска неравномерно. В бункере создается вихревое движение семян, что способствует их повреждению. Особенно это касается дражированных семян с легко разрушаемой оболочкой.

Значительно проще обеспечить заданное соотношение скоростей ячеек и семян у кольцевого высевающего аппарата с внутренним заполнением и сквозными ячейками (рис. 2.8).

Рис. 2.8 Схема кольцевого высевающего аппарата с внутренним заполнением и сквозными ячейками:

1 – бункер; 2 – корпус; 3 – высевающий диск; 4 – ворошилка (активатор); 5–окно; 6 – отражатель; 7 – сошник; Vд – скорость диска; Vв – скорость ворошилки

Опыт работы с такой моделью показал, что при весьма тщательном изготовлении аппарата и калибровании семян скорость поверхности ячеистого кольца может быть доведена до 1,5 м/с.

Недостатком такого аппарата являются трудности в процессе отражения лишних семян и обеспечения принудительно выталкивания из ячеек заклинившихся в них семян.

В наших экспериментальных моделях эффективными оказались фетровые прокладки между отражателями и кольцом, хотя они недолговечны. Тем не менее, их применяют некоторые зарубежные фирмы (например, Aqricola Italiana) и в настоящее время.

Постановка звездчатого выталкивания (рис. 2.9), аналогично предположенному Т.С. Золотаревой [2.21], не решают задачи, так как без установки экрана вокруг выталкивателя наблюдается заклинивание и повреждение семян, находящихся между выталкивателем и кольцами, а при постановке экрана значительно сокращается зона заполнения ячеек семенами.

Рис. 2.9 Схема постановки звездчатого выталкивателя

54

Кроме этого необходимо иметь в виду то обстоятельство, что повышение скорости диска ведет к увеличению расстояний между ячейками (для сохранения нормы высева и, соответственно, шага посадки), а это, в свою очередь, – к увеличению размеров выталкивателя.

Эффективной может оказаться продувка ячеек сжатым воздухом, но это проще выполнить в конструкциях пневматических и пневмомеханических аппаратов.

Такие значимые элементы технологического процесса, как поступление семян из бункера в зону заполнения ячеек, удаление лишних семян из ячеек с помощью роликового отражателя в бункере и клинового выталкивателя семян в сошник к настоящему времени достаточно изучены. В исследования по истечению семян из бункеров и обоснованию их параметров большой вклад внесли М.Н. Летошнев [1.2], А.Н. Карпенко [2.22], А.Н. Семенов [2.23], М.М. Протодьяконов [2.24], В.М. Атомян [2.25], Л.В. Гячев [2.26], В.И. Скорин [2.27], Р.Г. Кузнецова [2.28], А.Ф. Шило [2.29], Д.Л. Терновой и В.А. Богомягких [2.30]. Процесс удаления лишних семян из ячеек теоретически исследован в работах Г.М. Бузенкова и С.А. Ма [2.31], а экспериментально изучен Б.Ф. Кузнецовым [2.32]. Установлены оптимальные параметры отражательного ролика и режим работы. В частности, отмечается, что линейная скорость отражателя должна превышать скорость диска в 4,5 раза. Дробление семян на всех проведенных режимах не превышает 3,6% и в среднем составляет 2,3%. Для уменьшения повреждений семян предложено на металлической ступице ролика размещать слои из упругих и эластичных материалов.

Процесс разгрузки ячеек изучен Т.С. Золотаревой [2.21], В.В. Василенко и С.В. Василенко [2.33]. В этих работах осуществлено, в частности, обоснование предела прочности дозирования семян, параметры высевного окна и выталкивателя семян из ячеек. Высказано и предложение выталкиватель сделать сменным, чтобы при постановке различных дисков сохранить размер выходного окна.

Как уже было отмечено ранее, точность дозирования семян у сеялок с ячеистыми дисками во многом зависит от колебаний в механизмах привода этих рабочих органов.

Типичная схема механизма привода высевающих аппаратов представлена на рис. 2.10.

Рис.2.10. Схема механизма привода посевной секции пунктирной сеялки

55

Многолетние исследования теоретических аспектов технологических процессов, выполняемых сельскохозяйственными машинами, позволили П.М. Василенко [2.34] сделать вывод о том, что наиболее универсальным и эффективным методом изучения динамики механизмов и машин является построение математических моделей, использующих уравнение Лагранжа. Широко и успешно этот метод был использован А.Б. Лурье [2.35] в рамках статистической динамики сельскохозяйственных агрегатов и Е.И. Давидсоном [2.36] при исследованиях мобильных сельскохозяйственных машин.

Пренебрегая упругими деформациями звеньев рассматриваемую систему можно отнести к системам одной степени свободы. Если при этом в качестве обобщенной координаты принять угол поворота высевающего диска, то ее поведение можно описать уравнением Лагранжа второго ряда:

где Т – кинетическая энергия системы; α – угол поворота высевающего диска;– угловая скорость диска;

Qα – обобщенная сила.

Кинетическая энергия системы окажется равной:

где:

m0 – масса высевающего диска;

m1, m2, m3, – массы шестерен; m4, m5, - массы звездочек;

m6 – масса цепи; m7 – масса колеса;

i – передаточное отношение механизма привода;

r4 – радиус расположения цепи на звездочке контрприводного вала высевающего аппарата;

m14 m51 - масса участков цепи, движущихся поступательно;

I0 – момент инерции высевающего диска; I1, I2, I3 – моменты инерции шестерен;

I4, I5 – моменты инерции звездочек;

I6 – момент инерции элементов цепи, совершающих вращательное движение вместе со звездочками;

I7 – момент инерции колеса;

ω2, ω3 – угловые скорости движения шестерен;

56

ω4, ω5 – угловые скорости движения звездочек.

Поскольку соотношения угловых скоростей пропорциональны числам зубьев шестерен и звездочек, а также учитывая зависимости моментов инерции участков вращающейся цепи от их массы и радиуса расположения, уравнение (2.2) можно записать так:

где m"4 ; m5" - массы вращающихся элементов цепи соответственно по звездочкам 4 и 5;4 ; 5 - радиусы инерции вращающихся элементов цепи;

Z1 ; Z2 ; Z3 - число зубьев шестерен; Z4 ; Z5 - число зубьев звездочек.

Для вполне определенной конструкции величина, заключенная в фигурные скобки уравнения (2.3), является постоянной величиной, т.к. в системе отсутствуют элементы переменной массы размеров и передаточных чисел, т.е.

где Мд – движущийся момент, создаваемый силой сцепления обода колеса с почвой;

58

то уравнение колебаний высевающего диска можно представить в принятой форме

где Т1 – инерционный коэффициент системы; Т2 – демпфирующий коэффициент системы; k – коэффициент усиления.

В операторной форме, полагая, что Р dtd , уравнение (2.16) запи-

шется так:

Передаточная функция механизма привода будет равна

а частотная функция

Дифференциальное уравнение (2.16), передаточная и частотная функции (соответственно 2.18 и 2.19) являются основными динамическими характеристиками механической системы. В общей классификациями динамических звеньев такие характеристики могут иметь апериодическое звено второго порядка или колебательное. Для того чтобы эти звенья отличались друг от друга, вычисляют так называемый коэффициент демпфирования:

Для апериодической системы второго порядка > 1, а для колебательной < 1.

Экспериментальное определение коэффициентов передаточной функции проведено Б.С. Гордеевым [2.37] в условиях нормального функционирования. Результаты исследований представлены в табл. 2.3

Результаты экспериментов подтвердили и возможность использования математической модели, описывающей динамику механизма привода высевающего диска с характеристиками (2.16), (2.18), (2.19).

59

Таблица 2.3

Значение коэффициентов передаточной функции механизма привода высевающего диска

Расчетные значения квадрата амплитудно-частотной характеристики с коэффициентами табл. 2.3 практически совпадают с экспериментальными значениями (рис. 2.11).

Рис. 2.11 Кривые квадрата модуля амплитудно-частотной характеристики механизма привода высевающего диска: I – V = 1,00 м/с.; II – V = 1,55

м/с.; III – V = 2,34 м/с

Сплошными линиями на рис. 2.11 представлены экспериментальные кривые, а пунктирными – расчетные.

Сравнение этих кривых показывает, что экспериментальные значения с достаточной точностью совпадают с теоретическими.

Относительная ошибка во всех случаях не выходит за пределы

3…5%.

Анализ постоянных времени Т1 и Т2 позволяет сделать вывод о том, что механизм привода высевающего аппарата представляет собой колебательное звено. Снижение колебаний в системе привода высевающих аппаратов может быть достигнуто увеличением сил сопротивления повороту дисков, в том числе за счет повышения технологической нагрузки. Это привело к широкому использованию на сеялках централизованного привода высевающих аппаратов.

60

В этих системах вращение от опорно-приведенных колес машины передается на трансмиссионный вал, а при наличии коробки передач – на приемный вал коробки. От трансмиссионного вала вращение к каждому высевающему аппарату передается с помощью цепных или клиноременных передач. В большинстве случаев от каждого опорно-приводного колеса осуществляется привод на половину высевающих аппаратов сеялки.

Кроме всего прочего централизованный привод позволяет снизить затраты труда и времени на настройку сеялки на различные нормы высева.

Как уже ранее было отмечено, неравномерность вращения высевающего диска зависит еще от пути, проходимого опорно-приводными колесами, копирующими неровности микрорельефа поля.

Профиль поверхности поля представляет собой случайную функцию, соответственно и колесо, копируя микронеровности, вращается неравномерно со случайными колебаниями.

Расчетная схема посевной секции пунктирной сеялки представлена на рис. 2.12.

Рис. 2.12 Расчетная схема подвески секции пунктирной сеялки

На схеме изображены G – сила веса секции с механизмом навески и опорно-приводным колесом; Rхс и Rzс – составляющие равнодействующей сил сопротивления почвы сошнику Rc; Rхk и Rzk – составляющие равнодействующих сил сопротивления силы перекатыванию колеса Rк; Qпр – вертикальная составляющая силы давления пружины на подвеску посевной секции.

Параметром, отражающим колебания секции, является угол ψ. Считают, что при установившейся нагрузке и отсутствии случайных

возмущений этот угол имеет постоянную величину ψ0, а при колебаниях – случайное значение ψ.

Колебания сошника Δψ могут быть лишь малыми, поскольку изменения глубины заделки семян возможно лишь в пределах 2…3 см.

Для малых колебаний характерны соотношения

При использовании принципа Даламбера уравнение колебаний посевной секции может быть представлено в следующем виде: