862

61

где I – момент инерции посевной секции относительно оси подвеса.

Как уже было отмечено, в равновесном режиме наблюдаются условия статического равновесия, т.е.

RXK0 RK sin 0 RZK0 RK cos 0 ,

ипредставляет собой постоянное число.

Значение функций Rхс; Rzс; Rxk и Rzk неизвестны, но во всяком случае зависят от угла поворота , скорости (с ростом скорости сошники «всплывают», и для нормального заглубления требуется дополнительное воздействие пружины.

Кроме того, эти силы зависят от времени, так как секции перекатываются по неровному полю.

Иными словами

RXC f1( , ,t); RZC f2 ( , ,t);

При небольших колебаниях при незначительных изменениях времени у непрерывных функций действительную закономерность можно заменить линейной.

Но линеаризацию по времени t производить нельзя, т.к. это случайная функция у которой скачкообразные изменения вполне вероятны.

В связи с этим возможна лишь частичная линеаризация зависимости

(2.26).

Приращение восстанавливающей силы Qпр пружины можно опреде-

лить как произведение ее жесткости Спр на деформацию Δλ, т.е.

Qпр Спр .

Поскольку

Q ,

где ε – коэффициент, учитывающий угол постановки пружины,

то

Qпр (Cпр Qпр ) .

63

T2 CB ; демпфирующий коэффициент;

KCD ; коэффициент усиления;

Воператорной форме и терминах «вход» и «выход» уравнение (2.30) может быть определено так:

Передаточная функция процесса колебаний секции пунктирной сеялки будет равна:

Колебания секции высевающим аппаратом от воздействия неровностей поля приведет к колебаниям угла поворота опорно-приводного колеса.

Если эту зависимость при малых колебаниях считать линейной, то передаточная функция, отражающая влияние неровностей поверхности поля на колебания угла поворота колеса, может быть представлена в виде:

где Кk - коэффициент, учитывающий соотношения угла порота подвески секции и угла поворота опорно-прикатывающего колеса в верти- кально-продольной плоскости.

Экспериментальное исследований колебаний секции пунктирной сеялки приведено Б.С. Гордеевым [2.37]. Значения коэффициентов передаточных функций (2.32) и (2.33) приведены в табл. 2.4.

Таблица 2.4

Значения коэффициентов передаточной функции динамического звена, связывающего колебания секции пунктирной сеялки с поворотами опорно-прикатывающего колеса

Из данных таблицы 2.4. следует, что динамические свойства исследованной системы представляют собой колебательное звено, поскольку коэффициент демпфирования д < 1 во всем диапазоне возможных скоростей движения сеялки.

Математическая модель колебаний секции сеялки (2.30) вполне согласуется с результатами опыта (рис. 2.12)

64

Рис. 2.13. Кривые квадрата модуля амплитудно-частотной характеристики посевной секции

____ экспериментальные кривые;

_ _ _ расчетные значения;

I - Va = 1,00 м/с; II - Va = 1,55 м/с; III - Va = 2,34 м/с

Коэффициент демпфирования , как это следует из табл. 2.4 ,растет при увеличении скорости движения агрегата. Это связано прежде всего с особенностями копирования микронеровностей на высоких скоростях, когда амплитуда колебаний посевной секции существенно снижается (рис.

2.13).

Таким образом, результаты опытов вновь подтверждают тенденцию совершенствования пунктирных сеялок за счет повышения скоростного режима.

Если обобщить исследования по определению возможностей повышения скоростного режима аппаратов механического типа, то следует отметить, что это возможно за счет тщательной подготовки семян (калибровка, шлифовка, дражирование), создания активного слоя семян, движущихся над ячейками с сопоставимой с высевающим диском скоростью, совершенствования устройства удаления из ячеек «лишних» семян в бункере и их разгрузки в сошнике.

К сожалению, работа аппаратов механического типа на высоких скоростях, как правило, сопровождается травмированием семян, особенно дражированных.

Существенным способом устранения указанных недостатков является использование высевающих аппаратов, у которых захват и транспортирование семян производятся за счет внешних полей, например, аэродинамических, электростатистических, электромагнитных и др. Особое внимание современных специалистов привлечено к использованию и совершенствованию пневматических высевающих аппаратов. Эти аппараты не столь требовательны к качеству подготовки семян к посеву, обладают большей универсальностью и значительно меньшим травмированием.

65

3. Исследования высевающих аппаратов, использующих дополнительные внешние поля

3.1.Пневматические высевающие аппараты

Впоследние годы широкое распространение получили сеялки с пневматическими высевающими аппаратами. Достоинством этих аппаратов, как уже было отмечено ранее, является большая универсальность, отсутствие дробления и снижение требований к подготовке семян к посеву. Эти достоинства позволили широкому кругу специалистов отнести пневмовысев к основному направлению развития пропашных сеялок [3.1].

Конструкции пневматических сеялок совершенствуется с 1904, [3.2]. Наиболее известными из ранних отечественных аппаратов считают устройство, предложенное И.Л. Слуцким в 1934 г. Принцип работы заключался в присасывании семян к отверстиям трубы, внутри которой поддерживается вакуум.

После опубликования И.Л. Слуцким результатов работы появилось множество разобранных вариантов пневматических высевающих аппаратов

иработ по их исследованию.

Среди наиболее значимых необходимо отметить работы К. Веллера

[3.3]; Л.С. Зеленина [3.4], [3.5]; Б.И. Журавлева [3.6]; П.А. Бондаренко [3.7], [3.8]; С.В. Кардашевского [3.2]; Я.А. Копчинского [3.11]; В.С. Басина, В.В. Брея, Л.В.Погорелова [3.12]; В.Д. Семенова [3.13]; Д.Г. Вальянова [3.17]; Н.П. Лобачевской [3.15] и др.

С точки зрения особенностей конструкции, пневматические аппараты часто разделяют на две большие группы – дисковые и барабанные. Широкое распространение в нашей стране получили сеялки СУПН-6 и СУПН-8 с аппаратами дискового типа (рис. 3.1)

Технологический процесс протекает у этой сеялки (как практически у всех аппаратов такого типа) следующим образом.

Семена, засыпанные в бункер 2 через отверстие в корпусе 9, поступают в вакуумную камеру 17, в которой размещена ворошилка 10, высевающий диск 11 и отражатель «лишних» семян 14.

Семена присасываются к сквозным отверстиям вращающегося высевающего диска и выносятся за пределы вакуумной камеры. Если к отверстию диска присасывается несколько семян, то «лишние» под воздействием отражателя 14 будут сброшены в камеру для семян. Когда семена будут подведены к выбросному окну, расположенному над сошником 12, отверстия высевающего диска выходят за пределы камеры разряжения. При отсутствии вакуума семена отходят от отверстия диска и падают в борозду.

Работа с мелкими семенами требует особой заботы об уплотнениях в высевающем аппарате. Для этой цели между высевающим диском и вакуумной камерой устанавливают уплотнительные прокладки. Диаметр отверстий диска, к которому присасываются семена, должен быть меньше размеров семян.

При высеве мелкосеменных культур обычно требуются отверстия диаметром 0,7…1 мм.

66

Рис. 3.1 Рабочие органы универсальной пневматической навесной сеялки СУПН – 8:

1 – прикатывающий каток; 2 – бункер; 3 – привод вентилятора; 4 – вентилятор; 5 – туковысевающий аппарат; 6 – шланги гидросистемы;

7 – передаточный механизм; 8 – опорно-приводное колесо; 9 – корпус высевающего аппарата; 10 – ворошитель семян; 11 – высевающий диск; 12– сошник; 13 – туковая воронка; 14 – отражатель семян; 15 – загортач; 16 – шланг;

17 – вакуум-камера

Но как показывает и наш опыт, и результаты исследований многих авторов, большинство отверстий с такими размерами забиваются застрявшими семенами, оболочками семян, посторонними предметами. Забивание оказывается весьма существенным уже через 10…15 минут работы.

Для очистки отверстий высевающего диска чаще всего используют сжатый воздух. Этот принцип очистки реализован практически у всех пневматических сеялок, специально предназначенных для семян овощных культур.

Процесс забивания отверстий высевающего диска очень подробно рассмотрен, например, в работах П.А. Бондаренко и В.В. Лукьянеца [3.7], [3.8], Б.И. Журавлева [3.16], В.П. Чичкина [3.10].

По поводу величины избыточного давления воздуха, необходимого для очистки ячеек и места его подвода, мнения оказались различными. Так, в работах Б.И. Журавлева, избыточное давление рекомендуется на уровне 1500…2250 Па (для очистки ячеек), 50…80 Па – для обдува «лишних» семян, а величина вакуума в зоне захвата семян от 800 до 4000 Па в зависимости от вида семян (для салата – 800, для моркови – 1000, для репы– 3000, для редиса – 4000 Па).

67

Выдувное отверстие рекомендуется установить в точке разгрузки под углом 30 назад от вертикальной оси диска или барабанчика.

П.А. Бондаренко и В.В. Лукьянец для аппаратов, работающих на скорости 0,6 м/с, рекомендуют величину вакуума от 5000 до 6000 Па в зоне захвата семян и всего 160…215 Па – в зоне транспортирования. Интерес представляет их вывод о том, что большая разница между степенью вакуума в зоне захвата семян и их транспортирования исключает саморазгрузку ячеек в процессе высева.

Вбольшинстве отечественных и зарубежных сеялок степень вакуума устанавливают от 1000 до 5000 Па (для мелких семян 200…400 Па), давление в обдувочном сопле от 0,3 до 0,8 кПа.

Для надежной очистки отверстий на сеялки (например Agricola) устанавливают компрессор, поддерживающий давление 0,2 мПа, место продувки выносят за пределы отверстия и используют наконечники на концах продувочных трубок, обеспечивающих концентрированный скоростной воздушный поток, воздействующий на застрявшие частицы.

Иногда в сеялках устанавливают еще один пневматический контур для предотвращения комобразования семян в вакуумной камере. Постановка места высокоскоростной продувки над высевным отверстием сошника приводит к непредсказуемому раздуву семян, а установка за пределами зоны – к пропускам в подаче, поскольку семена, застрявшие в ячейках, в нужное «запрограммированное» место рядка уже не попадают.

Кроме всего прочего размещение компрессора на сеялке, безусловно, усложняет и удорожает машину, работающую очень ограниченное время в течение года.

Некоторые решения задачи устранения забивания ячеек были предложены и исследованы в Пермской ГСХА с участием Б.С. Гордеева и А.С. Волегова и в СПб ГАУ – Ф.Г. Гусинцевым и Е.И. Давидсоном.

Основная идея предложений состоит в использовании так называемых «раскрывающихся» ячеек [3.17], [3.18], [3.19].

Ваппаратах по а. с. №1012823 и №1045835 пневматический барабан состоит из жесткого и эластичного дисков (рис.3.2; 3.3).

Рис.3.2. Пневматический высевающий аппарат по а.с. №1012823

с «раскрывающейся» ячейкой:

1 – корпус; 2 – высевающий диск; 3 – эластичный диск; 4 – ячейки; 5 – выталкиватель; 6 – сошник; 7 – бункер; 8 – чистик; 9 – вакуумная камера; 10 – пневматические каналы; 11– перемычки

68

Рис.3.3. Высевающий аппарат по а. с. №1045835 с наклонными пневмоническими каналами:

1 – корпус; 2 – высевающий диск; 3 – эластичный диск; 4 – отгибающий диск, 5 – ячейки; 6 – сошник; 7 – бункер; 8 – отражатель; 9 – воздушная камера; 10 – пневмоканал; 11– наклонный канал; 12 – перемычки

Воздушные каналы и полуячейки выполнены на торцах жесткого и эластичного дисков. В зоне заполнения воздушные каналы и полуячейки сомкнуты и соединены с вакуумной системой посредством кольцевой проточки, а в зоне отрыва семян разомкнуты за счет отгиба края эластичного диска.

К моменту размыкания воздушных полуканалов и ячеек вакуум в них аннулируется перемычками. Под воздействием выталкивателя и силы тяжести семена сбрасываются в борозду, образованную сошником.

Работоспособность этих аппаратов проверена в лабораторных (на стенде и почвенном канале) и полевых условиях.

В таблицах 3.1 и 3.2 приведены результаты испытаний высевающего аппарата, выполненного по а. с. №1012823, с семенами кормовой капусты, прокалиброванными в диапазоне размеров 1,5…2,5 мм. Диаметр ячеек высевающего диска 3 мм.

Таблица 3.1

Заполняемость ячеек высевающего диска, %

69

Таблица 3.2

Равномерность распределения семян пневматическим высевающим аппаратом

70

Таблица 3.4

Распределение семян при работе экспериментального и серийного высевающих аппаратов в полевых условиях

Приведенные данные свидетельствуют о том, что лучшие результаты по равномерности высева как в лабораторных, так и полевых условиях показал экспериментальный высевающий аппарат. Он обеспечивает более стабильный высев, менее чувствителен к внешним воздействиям, влияющим на качество работы.

Забивание отверстий диска сеялки СПЧ-6 после каждого опыта составило 2…3 %. Забивание ячеек экспериментальных аппаратов обнаружено не было. Если оценить работу аппарата по точности высева в соответствии с действующими агротехническими требованиями на пунктирные сеялки, которые устанавливают, что не менее 70% всех интервалов между семенами должно быть в пределах заданного допуска 0,5mср ,где mср -

заданный интервал между семенами, тогда работа экспериментальных аппаратов соответствует установленным агротребованиям. Имея высокую степень заполнения ячеек семенами, экспериментальный аппарат обеспечивает высев семян при более высокой скорости движения посевного агрегата, что позволит значительно повысить производительность аппарата при посеве овощных культур.

Недостатком исследуемых аппаратов оказалась некоторая нестабильность физико-механических свойств эластичных дисков. Со временем происходит их коробление и нарушение геометрических характеристик рабочих ячеек. Этот недостаток может быть устранен за счет подбора материала диска с более стабильными характеристиками, либо разработанной конструкции высевающего аппарата, исключающего необходимость постановки эластичного диска.

Такая конструкция, разработанная в Пермской ГСХА, представлена на рис. 3.4.

Новизна этого устройства подтверждена а. с. №1069660.