Размещено на http://www.allbest.ru/

КІРОВОГРАДСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КАТЕРИНИЧ СТАНІСЛАВ ЄВГЕНІЙОВИЧ

УДК 631.331

ОБГРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ВНУТРІШНЬОРЕБРИСТИХ ВИСІВНИХ АПАРАТІВ ДЛЯ ЗЕРНОВИХ СІВАЛОК

Спеціальність 05.05.11 -“ Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва ”

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Кіровоград - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрах “Експлуатація та ремонт машин” і “Сільськогосподарське машинобудування” Кіровоградського національного технічного університету Міністерства освіти та науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Свірень Микола Олександрович, доцент кафедри “Сільськогосподарське машинобудування”, Кіровоградський національний технічний університет.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Бєлодєдов Віктор Олександрович, завідувач кафедри “Сільськогосподарські машини”, Луганський національний аграрний університет;

кандидат технічних наук, доцент Портнов Генадій Давидович, доцент кафедри “Будівельні, дорожні машини та будівництво”, Кіровоградський національний технічний університет

Провідна організація: Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка, кафедра “Сільськогосподарські машини”, Міністерство аграрної політики України, м. Харків.

Захист відбудеться 21.01.2005 року о 10_годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 23.073.01 у Кіровоградському національному технічному університеті за адресою: 25006, м. Кіровоград, проспект Університетський, 8.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Кіровоградського національного технічного університету за адресою: 25006, м. Кіровоград, проспект Університетський, 8.

Автореферат розісланий 18.12.2004 р

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради ____________________ В.М.Каліч

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Підвищення технічного рівня зернових рядкових сівалок передбачає зростання їх продуктивності, надійності, універсальності та використання світових досягнень у розробці й створенні уніфікованих складальних одиниць (висівних апаратів, механізмів приводу, сошників та ін.).

Зернові культури в сільському господарстві України займають провідну роль. Площа їх посівів становить більш ніж 15 мільйонів гектарів. Врожайність зернових культур, в основному, визначається технологією посіву та якістю виконаних робіт.

Вітчизняне виробництво випускає більше сорока видів та модифікацій різноманітних сівалок. Великий внесок в їх розробку й впровадження зробили ряд науково-дослідних та конструкторських організацій: ВІСГОМ, ВІМ (м.Москва), ВАТ ПКІ “Почвопосівмаш” (м.Кіровоград), ІМЕСГ (с.м.т. Глеваха, Київської обл.), УкрНДІПВТ (с.м.т. Дослідницьке, Київська область) Укр.НДІСГОМ (м.Харьков), Кіровоградський національний технічний університет (КНТУ), ВАТ “Червона Зірка” (м.Кіровоград).

На даний час основними конкуруючими висівними апаратами для зернових сівалок залишаються котушкові та внутрішньоребристі. Внутрішньоребристі висівні апарати мають значні переваги у порівнянні з серійними котушковими. Вони є більш універсальними, забезпечують стійкий висів на звичайних і підвищених робочих швидкостях руху сівалки, практично відсутнє пошкодження насіння.

Враховуючи підвищення вимог до продуктивності та якості рядкового висіву зернових, великі площі їх вирощування в Україні, економічно доцільне обладнання зернових сівалок внутрішньоребристими апаратами. У зв'язку з цим удосконалення конструкції внутрішньоребристого апарату, визначення його оптимальних технологічних та конструктивних параметрів для підвищення якісних показників висіву зернових культур є безумовно актуальним.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема роботи пов'язана з “Державною програмою виробництва технологічних комплексів машин і устаткування для сільського господарства, харчової і переробної промисловості на 1998-2005 рр. (п.3.1.12)”, затвердженої на засіданні Кабінету Міністрів України 09.02.1998 р., протокол №5, для розвитку машинобудівного комплексу сільськогосподарських машин в Україні.

Дисертаційна робота являлась складовою частиною напрямку досліджень кафедри “Сільськогосподарське машинобудування” Кіровоградського національного технічного університету з держбюджетної теми № 8/43-2000 “Розробка конструкції зернотукової сівалки ЗС-3,6 та оснащення для її серійного виробництва”, а також з планом НДДКР Кіровоградського державного технічного університету на 2000-2005 рр.

Мета і задачі досліджень. Метою даної роботи є підвищення продуктивності та якості висіву зерновими рядковими сівалками шляхом обладнання їх внутрішньоребристими висівними апаратами удосконаленої конструкції.

Для досягнення поставленої мети в роботі розв'язуються наступні задачі:

Обгрунтувати подальше удосконалення та підвищення універсальності зернових рядкових сівалок шляхом обладнання їх внутрішньоребристими висівними апаратами.

Встановити закономірності руху шарів насіння в середині та на виході з корпусу внутрішньоребристого апарату.

Визначити оптимальні технологічні і конструктивні параметри внутрішньоребристого висівного апарату та їх вплив на якість процесу висіву.

Розробити удосконалену конструкцію внутрішньоребристого висівного апарату для зернових сівалок рядкового висіву.

Дослідити технологічний процес висіву запропонованим апаратом дрібного, середнього та великого насіння, а також вплив різноманітних факторів на формування зернового потоку і розподілення посівного матеріалу в рядку.

Провести оцінку техніко-економічної ефективності використання запропонованого висівного апарату на зернових сівалках рядкового висіву.

На підставі теоретичних і експериментальних досліджень, а також польових випробувань розробити конструкторсько-технологічні рекомендації до впровадження запропонованої конструкції внутрішньоребристого висівного апарата у виробництво.

Об'єкт дослідження - внутрішньоребристий висівний апарат удосконаленої конструкції.

Предмет дослідження - процес формування зернового потоку в середині та на виході з корпусу запропонованого апарату, а також вплив його технологічних і конструктивних параметрів на якість висіву.

Методи дослідження. При проведенні теоретичних досліджень були використані сучасні моделі уявлення процесу формування та руху зернового потоку в корпусі апарату з урахуванням елементів вищої математики, фізики дискретних середовищ, теоретичної механіки, теорії імовірностей та математичної статистики.

Експериментальні дослідження проводили в лабораторних та польових умовах за традиційними та розробленими методиками. Процес формування і руху зернового потоку знімали цифровою відеокамерою та вивчали за допомогою ПЕОМ, проводячи вимірювання кількісних і якісних характеристик. Оптимальні технологічні та конструктивні параметри внутрішньоребристого апарату визначали методом математичного планування багатофакторного експерименту.

Теоретичні розрахунки і статистичну обробку експериментальних даних проводили із застосуванням пакетів прикладних програм на ПЕОМ.

Наукова новизна роботи:

- на основі порівняльного аналізу проведених теоретичних і експериментальних досліджень існуючих конструкцій котушкових та внутрішньоребристих апаратів виявлено закономірності формування зернового потоку у внутрішньоребристому висівному апараті, що дозволило розробити його удосконалену схему;

- вперше, конструктивно вирішено питання регулювання норми висіву за допомогою зміни розміру висівного вікна внутрішньоребристого апарату заслінкою;

- обгрунтовано і експериментально доведено можливість керування робочим об'ємом для розширення універсальності запропонованого висівного апарату, а також групового спорожнення;

- теоретично одержані і експериментально підтверджені аналітичні залежності, що описують процес руху посівного матеріалу в корпусі та зсипання його з апарату.

Новизну запропонованих технічних рішень підтверджено патентом України на винахід № 54898 А від 17.03.2003р.

Практичне значення отриманих результатів. Експериментально визначені і теоретично обгрунтовані оптимальні технологічні та конструктивні параметри вдосконаленого внутрішньоребристого висівного апарату. Запропоновано математичну модель та нову методику оцінки характеру руху в середині корпусу і на виході з нього й визначено параметри зернового потоку. Розроблені конструкторсько-технологічні рекомендації прийняті до впровадження на ВАТ “Червона Зірка” (м. Кіровоград). Виготовлені дослідні зразки внутрішньоребристих апаратів, які були встановлені на експериментальних сівалках ЗС-3,6 та ЗС-4,2 і у 2001 та 2002рр. пройшли успішне випробування на УкрНДІПВТ (смт. Дослідницьке, Київська область).

Особистий внесок здобувача. Автором проведено аналіз конструктивних і технологічних характеристик висівних апаратів зернових рядкових сівалок. Використовуючи закономірності механіки дискретних середовищ ним обґрунтовано можливість удосконалення конструкції внутрішньоребристого висівного апарату, оптимальні параметри якого визначено методом математичного планування багатофакторного експерименту.

Розроблено методику дослідження руху зернового потоку і спроектовано спеціальну лабораторну установку, яка передбачала використання цифрової відеокамери й подальшу обробку отриманої інформації на ПЕОМ. Проведено експериментальні дослідження характеру руху потоку посівного матеріалу в середині та на виході з корпусу удосконаленої конструкції апарата, визначено вплив різноманітних факторів на його дозуючу здатність і рівномірність розподілення насіння в рядку. У відповідності до поставлених задач проведено лабораторні та польові випробування зернових сівалок з експериментальними апаратами. Розроблено конструкторсько-технологічні рекомендації впровадження удосконаленого зразка внутрішньоребристого висівного апарату у виробництво, доведено техніко-економічну ефективність його використання на рядкових зернових сівалках.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати роботи були заслухані й обговорені на щорічних наукових конференціях професорсько-викладацького складу КНТУ (м. Кіровоград, 1999-2004 рр.); на 3-й та 4-й міжнародних науково-практичних конференціях “Проблеми конструювання, виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки”, КДТУ (м. Кіровоград, 2001, 2004рр.); на міжнародних науково-практичних конференціях “Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки”, ХДТУСГ (м. Харків, 2001, 2004рр.); на міжнародній науково-технічній конференції “Математические модели физических процессов” (Росія, м. Таганрог, 2002р.); на ІІІ-й міжнародній науково-практичній конференції “Современные проблемы земледельческой механики”, МДАА (м. Миколаїв, 2002р.).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 10 статей, у тому числі 8 статей в наукових фахових виданнях, а також отримано патент України на винахід.

Структура та обсяг роботи.

Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел і додатків. Робота викладена на 152 сторінках машинописного тексту, містить 61 рисунок, 18 таблиць і бібліографію з 134 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми, дана характеристика роботи, визначена мета, сформульовані задачі досліджень, наведені наукова новизна і практична значимість отриманих результатів, подані відомості про апробацію, публікації і структуру дисертації.

Розділ 1. Аналіз та класифікація висівних апаратів рядкових зернових сівалок. Наведено огляд літературних джерел з дослідження і удосконалення висівних апаратів зернових рядкових сівалок, подано їх класифікацію, проаналізовані конструктивні особливості котушкових і внутрішньоребристих висівних апаратів.

Показано, що удосконалення висівних апаратів проводиться в наступних напрямках:

-створення принципово нових апаратів в основі роботи, яких лежать процеси формування і переносу потоку посівного матеріалу;

-створення та удосконалення методів розрахунку апаратів;

-удосконалення конструктивних параметрів конкретних апаратів;

-удосконалення технологічного процесу висіву;

-оптимізація конструктивних і технологічних параметрів існуючих висівних апаратів;

-виявлення причин пошкодження посівного матеріалу та розробка заходів щодо іх усунення;

-дослідження закономірностей руху потоку посівного матеріалу на вході, в середині та на виході з корпусу апарата;

-створення математичних моделей функціонування апаратів;

-пошук критеріїв порівняння продуктивності і якості висівних апаратів;

-дослідження експлуатаційної надійності апаратів.

Фундаментальними дослідженнями у визначених напрямках, з метою підвищення якісних показників зернових рядкових сівалок, можна вважати роботи вчених: В.П. Гарячкіна, М.Н. Летошнєва, А.Н. Карпенка, А.Н. Семенова, Ф.Г. Гусінцева, В.Ю. Комаристова, Ф.В. Грищенка, П.В. Сисоліна, Л.В. Погорєлова, П.В.Савича та інших.

Аналіз і класифікація висівних апаратів, показали, що насьогодні основними конкуруючими апаратами для зернових рядкових сівалок є котушкові та внутрішньоребристі. Обгрунтовано, що у порівнянні з котушковими, внутрішньоребристі висівні апарати мають ряд переваг: конструкція апарату не є складною; апарат простий в експлуатації; високий ступінь постійності та рівномірності висіву насіння; не спостерігається пошкодження насіння; апарат більш універсальний; в експлуатації практично не зношується.

Виявлено, що внутрішньоребристі апарати вивчені недостатньо, як з конструктивної так й технологічної точки зору, відсутня методика їх розрахунку. Основною причиною невикористання внутрішньоребристих апаратів на зернових сівалках, що випускаються в країнах СНД, є необхідність обладнання їх багатоступінчастими коробками передач.

Для підвищення якості висіву внутрішньоребристим апаратом необхідно дослідити динаміку зернового потоку, особливо, на виході з його корпусу. Крім цього конструктивні та технологічні параметри внутрішньоребристих апаратів потребують оптимізації.

За матеріалами першого розділу сформульовано мету і задачі досліджень.

Розділ 2. Теоретичні обгрунтування конструктивно-технологічних параметрів внутрішньоребристого апарату. Дано порівняльний аналіз формування потоку сипкого матеріалу в котушковому та запропонованому внутрішньоребристому висівних апаратах (рис.1).

Виявлено, що поле швидкостей шарів посівного матеріалу в них має взаємнопротилежний характер: максимальну швидкість у котушкових апаратах має шар, прилеглий до жолобків котушки, а у внутрішньоребристих - до робочої поверхні диску, тобто найбільш віддалений шар від приводного валу. На відміну від котушкового на виході з корпусу внутрішньоребристого апарату не спостерігається пульсації потоку. Маса матеріалу, що виноситься з котушкового апарату формується за рахунок активного потоку та об'ємів жолобків, в той час як у внутрішньоребристому апараті - тільки за рахунок активного потоку, якій створюється завдяки ребристій робочій поверхні висівного диску.

Доведено, що норму висіву у внутрішньоребристому апараті можна регулювати за допомогою зміни розміру висівного вікна дозуючою заслінкою. Такий спосіб регулювання є більш доцільним для даного апарату у порівнянні з регулюванням швидкістю обертання робочого органу.

Для запропонованого апарату кількість насіння, висіяного за один оберт його диску визначається за виразом:

, (1)

де Clд, bд -- відповідно висота та ширина висівного вікна, м; Dд -- діаметр диску, м; -- коефіцієнт заповнення висівного вікна ( = 0,6...0,8); -- об'ємна маса посівного матеріалу, кг/м3.

Показано, що для стійкого безперервного винесення посівного матеріалу з апарату необхідне виконання умови для шару, прилеглого до ребристої робочої поверхні:

;

звідки: , (2)

де 1 -- кут тертя рухомого посівного матеріалу по нерухомому; -- кут тертя матеріалу по робочій поверхні диску; S -- площа контакту матеріалу з робочою поверхнею диска, м; Н-- висота стовпа матеріалу, м; С1д -- величина відкриття висівного вікна, м; -- об'ємна маса посівного матеріалу, кг/м3.

Якщо ж розглядати потік посівного матеріалу як дискретні частки, які вільно лежать на робочій поверхні диску, мають властивість нестискуваності й наявне внутрішнє та зовнішнє тертя між шарами та зовнішньою поверхнею, то умовою підіймання їх до краю корпусу, тобто на кут д, буде:

,(3)

де m -- маса насінини; g -- прискорення вільного падіння; nд -- частота обертання диску; Dд -- діаметр диску; 1, 2 -- відповідно кути тертя ковзання або кочення по поверхні диску та корпусу, залежно від виду посівного матеріалу; д -- кут конуса робочої поверхні диска; д -- кут конуса вихідного каналу корпусу.

Максимальне значення кута mах зони зсипання спостерігається при максимальному ступеню відкриття заслінки:

, (4)

де Сmах -- максимальна ширина насінини; -- кут внутрішнього тертя насіння.

Конструктивні особливості запропонованого в даній роботі апарату обумовлюють стабільний безперервний характер потоку. За аналізом результатів спостережень ребриста поверхня висівного диску не розриває, а навпаки стабілізує активний потік, оскільки є несучою робочою поверхнею, що має максимальну лінійну швидкість, крім цього апарат має можливість керування робочим об'ємом (V0), нормою висіву (Q) та масою посівного матеріалу (q0), що висівається за один оберт:

; (5)

; (6)

, (7)

де b - ширина міжряддя, м; - коефіцієнт ковзання приводного колеса, %; і - передаточне число від колеса до валу приводу апаратів; Rд=Dд/2- радіус висівного диску, м; н - об'ємна маса висівного матеріалу, кг/м3; - глибина висівного диску, м; - відстань зміщення висівного диску від корпусу, м

Для експериментальної сівалки ЗС-3,6 : b = 0,15см, = 5…10%, R = 5,2 10-2 м

Проведений теоретичний аналіз діючих сил на зерна, що знаходяться на робочій поверхні диску дав змогу визначити наступні аналітичні вирази кута підйому зерна:

бг _ для гладкої поверхні; (8)

бр - для ребристої поверхні, (9)

де цд - кут тертя зерна по робочій поверхні; - кут між дотичною площиною ребра та напрямком нормальної сили; k - кінематичний показник режиму роботи апарату.

Показано, що для кожного типу насіння існує певне значення частоти обертання робочої поверхні, при якій спостерігається прослизання часток в потоці при захопленні іх ребристою поверхнею.

Швидкість активних шарів визначається за виразом:

, (10)

де д - швидкість шару насіння, м/с, віддаленого від центра диска на відстань , м; 1; ; Dд -- діаметр диску, м; д -- частота обертання диску, 1/с; 1, b1 -- відповідно коефіцієнти, що враховують прослизання та фізико-механічні властивості культури (для пшениці для гороху - ).

Виходячи з механіки сипкого середовища показано, що на виході з корпусу апарату створюються сприятливі умови для переміщення і плину шарів потоку (рис.2).

Характер зсуву посівного матеріалу на виході з корпусу апарата дав можливість визначити умову зсуву:

, (11)

та динамічний стан сипкого матеріалу:

. (12)

де М, m - відповідно маса шару і зернини, кг; Саут - сила аутогезії (зчеплення між шарами), Н; - коефіцієнт тертя між частками; t - кут нахилу площини зсуву, бв=900-вд

Враховуючи початкові умови: , і розв'язавши рівняння (12), отримуємо залежності швидкості (v), переміщення (S), часу (t), кута відриву насіння (бв) та умову сприятливого зсуву шарів.

Вважаючи, що випадання насіння з корпусу апарату являє собою випадковий потік подій, встановлено закон розподілу насіння в рядку і відстані між насінинами на певній ділянці.

Розділ 3. Програма та методика експериментальних досліджень. Наведено програму та опис об'єкта дослідження - удосконалена конструкція внутрішньоребристого апарату. Апарат забезпечує необхідні умови для висіву насіння великих розмірів за рахунок збільшення ширини висівного каналу шляхом відведення і фіксації висівного диску з приводним валом від корпусу апарата на певній відстані, яка менша чи дорівнює мінімальній товщині насінин, що висіваються. Зазначене запобігає процесу самовитікання насіння, а також передбачає можливість групового спорожнення апарату. Нова конструкція кріплення висівного диску забезпечує фіксування його на валу без перекосів при надійному приляганні до корпусу й утворюванні щілини постійної ширини.

Розроблено методику вивчення характеру руху насіння в корпусі апарата та експериментального визначення швидкості руху його шарів. Рух насіння знімався цифровою відеокамерою із введенням даних в комп'ютерну програму, що давало змогу проводити візуальні спостереження на моніторі за характером руху шарів насіння та окремими зернами, змінюючи швидкість прокручування зображення. Прозора площина корпусу дозволяла фіксувати швидкість та траєкторію, як окремих зерен, так і активних шарів при певних кутових швидкостях висівного диску за допомогою електронного секундоміру.

Характер руху потоку насіння в корпусі досліджували на експериментальній установці, яку було обладнано внутрішньоребристим апаратом з прозорою площиною корпусу.

Дозуючу здатність внутрішньоребристого апарату, його продуктивність визначали на розробленому малогабаритному лабораторному стенді (рис.3). Стенд містив два внутрішньоребристих та котушкових апарати і дав можливість проведення порівняльних досліджень дозуючої здатності апаратів з регулюванням частоти обертання висівного диску для визначення норм висіву, побудови номограми та оцінки рівномірності дозування.

Дослідження внутрішньоребристих висівних апаратів на рівномірність розподілення насіння в рядку проводили за допомогою спеціального барабану (рис.4), попередньо обробленого ліпкою речовиною. Барабан в процесі проведення експерименту здійснює обертальний рух навколо власної осі з одночасним повздовжним поступовим зміщенням.

Швидкість руху барабану дорівнювала 8…12 км/год. Швидкість обертання висівного диску змінювали в межах 5...35 об/хв. При проведенні дослідів варіювали величиною відкриття висівного вікна та визначали закон розподілу інтервалів між насінинами і їх кількості на певній ділянці. Число вимірів інтервалів та кількість ділянок становило не менше ста.

Для визначення взаємозв'язку між конструкційними та технологічними параметрами їх оптимального варіанту в роботі проведено багатофакторне математичне планування експерименту. За параметр оптимізації взято коефіцієнт варіації тимчасових інтервалів між зернинами в рядку, що висіяно апаратом на липку поверхню барабану.

Для виявлення впливу форми робочої поверхні висівного диску на характер руху шарів насіння були проведені порівняльні випробування внутрішньоребристих апаратів з ребристою та гладкою робочими поверхнями висівного диску.

Розділ 4. Результати експериментальних досліджень внутрішньоребристих висівних апаратів. Аналіз візуальних спостережень та результатів компьюторної обробки відеозйомки показав, що насіння рухається разом з висівним диском в декілька шарів, кількість яких залежить від розмірів зерен культури. Потік насіння розглядали з позицій механіки сипких середовищ, як сукупність дискретних часток, кожна з яких має границю розділу фаз. На виході з апарату формується конусоподібне скупчення насіння, яке стікає у верхній частині вихідного вікна корпусу. При цьому кожний шар насіння зсувається з наступного під гострим кутом до горизонту.

Оскільки продуктивність внутрішньоребристого апарату визначається кутом підйому зерен насіння і залежить від форми робочої поверхні диску, то проводили дослідження залежності кута підйому від частоти обертання висівного диску і розміру висівного вікна.

Встановлено, що форма робочої поверхні диску суттєво впливає на кінематичні характеристики потоку насіння, вона сприяє підняттю зернового струменю на деякий кут величина якого, більша за кут підйому одинокого зерна. Найбільш рівномірний зерновий струмінь забезпечується у випадку, якщо зерна не відриваються від поверхні висівного диску. Для запобігання відриву, зерна повинні підійматися на кут не більший, ніж , тобто бд? .

Результати досліджень впливу розміру висівного вікна на кут підйому насіння, при незмінній частоті обертання диску (рис.5, а), показали, що регулювання дозування насіння заслінкою суттєво не змінює кут його підйому у випадку ребристої робочої поверхні, а рухомий шар матеріалу стабільно виводиться з корпусу апарата.

У випадку гладкої робочої поверхні кут підйому насіння зменшується, що свідчить про зменшення продуктивності апарату і погіршення стабільності висіву на малих нормах. Величина експериментально визначеної швидкості активних шарів насіння для диску з ребристою поверхнею є більшою, ніж для гладкого (рис.5, б). Це пояснюється тим, що у випадку ребристої поверхні зерна насіння виносяться диском, як за рахунок сил тертя, так і завдяки захоплюючій здатності нерівновеликих ребер. Характерним є й експоненційний закон розподілення швидкостей за величиною.

Результати дослідження залежності дозуючої здатності апарату від частоти обертання висівного диску і величини висівного вікна приведені на рис.6.

Можна бачити (рис.6, а), що частота обертання висівного диску апарата здійснює незначний вплив на величину дозування: при зміні частоти обертання від 5 до 35 об/хв подача насіння культур зменшується не більше ніж на 3...5%, а для проса і вівса на 1,5…3%. Отримані в даній роботі емпіричні рівняння регресії також показали, що частота обертання висівного диску апарата суттєво не впливає на зміну дозуючої здатності. Показано, що найбільш стабільне дозування та максимальна продуктивність апарату знаходиться в межах обертання робочого органу від 8 до 25 об/хв. Ці дані свідчать про те, що варіювання нормою висіву у внутрішньоребристому апараті зміною частоти обертання диску не доцільне.

Дослідженнями зміни дозуючої здатності від величини висівного вікна (рис.6, б) встановлено, що для відповідних культур подача посівного матеріалу змінювалась прямопропорційно величині відкриття заслінки і знаходилась у межах: пшениця (14,0...56,6 г/об), овес (8,3...51,2 г/об), кукурудза (10,9...53,1 г/об), соняшник (4,4...26,8 г/об), просо (13,6...62,1 г/об) і т.д. Це дає можливість керувати нормою висіву в широкому діапазоні, змінюючи розмір висівного вікна. Апарат показав достатньо високу якість стійкості висіву насіння у порівнянні з котушковим: відхилення від рівномірності висіву не перевищувало 2.1%.

Результати експериментальних досліджень дали можливість побудувати номограму норм висіву насіння (рис.7) від ступеню відкриття дозуючої заслінки для різних культур і передаточних відношень.

Номограма свідчить, що запропонований апарат у повному обсязі забезпечує діапазони потрібних норм висіву насіння пшениці, вівса, кукурудзи, проса і соняшнику.

Крім цього, виявлено, що в процесі висіву подача посівного матеріалу практично не змінювалась від кута нахилу корпусу апарата.

Кінцевою задачею якісного посіву є рівномірний розподіл насіння по площі живлення, який можна охарактеризувати рівномірністю розподілу його вздовж рядка. За якістю розподілу насіння в рядку запропонований апарат відрізняється від стандартного котушкового.

Розподіл інтервалів між посіяним насінням підкоряється експоненціальному закону. Коефіцієнт варіації інтервалів між зернинами при русі їх через насіннєпровід і сошник незначно знизився: для запропонованого апарату - 1...4% , а для стандартного котушкового він становив - 7...12%.

Методом багатофакторного математичного планування (рис.8) визначено оптимальні значення параметрів та отримані рівняння регресії для кожної з досліджуваних культур.

Таким чином, проведені дослідженння показали, що показники якості розподілу інтервалів і кількості зерен насіння на ділянках при висіві внутрішньоребристим апаратом удосконаленої конструкції вищі від відповідних показників котушкових, а отже його впровадження на зернових сівалках рядкового висіву є цілком можливим та ефективним.

Розділ 5. Обґрунтування техніко-економічної ефективності використання внутрішньоребристих висівних апаратів. Обґрунтовано доцільність зміни конструктивної схеми сівалки ЗС-3,6 й обладнання її внутрішньоребристими апаратами та створення експериментального зразка. Наведені результати працездатності експериментальної сівалки ЗС-3,6 в лабораторних та польових умовах. Показано, що якісні показники сівалки ЗС-3,6 значно вищі ніж серійної СЗ-3,6А. На основі експериментальних і теоретичних досліджень дано рекомендації виробництву ВАТ ”Червона Зірка” та проведена оцінка економічної ефективності використання сівалки ЗС-3,6, як для виробника так і споживача. Показано, що очікуваний економічний ефект у виробника обумовлений спрощеною технологією виготовлення диску й корпусу, а у споживача - в основному, економією посівного матеріалу, пов'язаною з суттєвим підвищенням якості висіву, а отже із більш удосконаленою конструкцією запропонованого внутрішньоребристого апарату. Очікуваний річний економічний ефект у розрахунку на одну сівалку становитиме 4399,34 грн.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

Порівняльний аналіз існуючих конструкцій висівних апаратів зернових сівалок показав, що насьогодні основними конкуруючими апаратами є котушкові та внутрішньоребристі. Обладнання зернових сівалок внутрішньоребристими апаратами є перспективним напрямком підвищення їх універсальності і якості висіву.

Встановлено, що закономірності формування зернового потоку у внутрішньоребристому апараті суттєво відрізняються від котушкового: поле швидкостей шарів має взаємопротилежний характер, відсутня пульсація потоку, посівний матеріал виноситься за рахунок зачеплення ребристою поверхнею. На підставі цього запропоновано більш раціональну схему апарата.

Виходячи з механіки сипкого середовища та моделі зернового потоку показано, що на виході з корпусу апарату створюються сприятливі умови для переміщення і плину шарів потоку, визначено кінематичні характеристики насінин в шарі підчас його зсипання з корпусу апарата та отримано співвідношення між параметрами потоку, при якому не відбувається затору посівного матеріалу. Визначено, що для кожної культури існує свій критичний кут підйому шарів, при якому зерна, зсипаючись з корпусу апарата, утворюють похилу площину по якій поступово зсуваються в лійку насінєпровода.

Конструктивно вирішено питання регулювання норми висіву в апараті та розширення універсальності за допомогою зміни розміру висівного вікна дозуючою заслінкою та групового спорожнення апаратів від залишків насіння.

На основі проведених досліджень запропоновано удосконалену конструкцію внутрішньоребристого апарату, яка дає можливість керувати його робочим об'ємом для якісного висіву насіння не тільки дрібних і середніх, але й великих розмірів без ушкодження, отримано аналітичні вирази для змінного робочого об'єму апарату, норми висіву і маси посівного матеріалу, що висівається за один оберт.

Експериментально та теоретично доведено, що в діапазоні частот обертання висівного диску 5...35 об/хв., дозуюча здатність практично не змінюється для кожної з досліджуваних культур (відхилення подачі складало 3...5%). Встановлено, що дозуюча здатність кожного виду насіння змінюється прямопропорційно ступеню відкриття висівного вікна, а мінімально допустимий ступінь відкриття заслінки визначається можливістю висіву насіння без його затиснення між ребрами висівного диску та кромкою заслінки.

За результатами експериментальних досліджень дозуючої здатності внутрішньоребристого апарата побудовано номограму для визначення норми висіву від величини відкриття заслінки з урахуванням передаточних відношень на різні культури. Виявлено, що діапазон норм висіву запропонованим апаратом значно розширюється (15...20%) у порівнянні з котушковим.

8. Встановлено, що майже на всіх нормах висіву запропонований внутрішньоребристий апарат показав більш рівномірний розподіл інтервалів між насінинами та їх розподіл на визначеній ділянці. За статистичною обробкою кількість ділянок, що мали 2±1 зерно, склали: 81...84% - для удосконаленого апарату; 73...76% - для немодернізованого внутрішньоребристого апарату; 67...74% - для котушкового стандартного апарату. Відповідно відносна кількість порожніх ділянок склала: 5...8%; 12...20%; 15...20%. Вважаючи, що випадання насіння з корпусу апарату є випадковим потоком подій експериментально і теоретично встановлено закони розподілу інтервалів між двома сусідними зернами та їх кількості на визначеній ділянці рядка.

9. Математичне планування багатофакторного експерименту дало можливість виявити фактори, що суттєво впливають на якість висіву насіння в рядку. Для кожної з досліджуваних культур отримано рівняння регресії, побудовані поверхні відгуку та лінії рівнів для можливих пар факторів, визначено оптимальні значення технологічних параметрів роботи запропонованого апарату.

10. Випробування, проведені УкрНДІПВТ (смт. Дослідницьке, Київська область), на дослідних зразках внутрішньоребристих апаратів, встановлених на експериментальних сівалках ЗС-3,6 та ЗС-4,2, показали, що при висіві насіння різних культур запропонований апарат не має пульсації потоку, дає зменшення показника нерівномірності дозуючої здатності у порівнянні з виробничими у 1,5...2,5 рази і забезпечує зниження коефіцієнта варіації, що характеризує нерівномірність розподілу насіння у рядку, на 15...20%.

11. Результати досліджень прийняті до впровадження у серійне виробництво на ВАТ “Червона Зірка” (м. Кіровоград). Розроблені конструкторсько-технологічні рекомендації. Очікуваний річний економічний ефект у розрахунку на використання однієї зернової рядкової сівалки типу ЗС-3,6 обладнаної внутрішньоребристими висівними апаратами становитиме 4399,34грн.

СПИСОК ПРАЦЬ ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ РОБОТИ

1. Свірень М.О., Солових Є.К, Катеринич С.Є. Способи сівби та стан сучасного рівня розвитку конструкцій висівних апаратів // Загальнодерж. міжвідом. науково-техн. зб. /Констр. вироб. та експлуатація сільськогосп. машин. -Вип. 31. - Кіровоград: КДТУ, 2001.- C. 97-100.

Здобувачем проведено аналіз стану розвитку конструкцій висівних апаратів зернових сівалок.

2. Сисолін П.В., Свірень М.О., Солових Є.К., Катеринич С.Є. Розробка конструкції лабораторної установки для дослідження внутрішньоребристих висівних апаратів // Вісник Харківського держ. техн. університету сільськ. госп. /Підвищення надійності відновлюємих деталей машин. -Вип.8.. - Харків: ХДТУ, 2001. - Том 1. -- C. 111-114.

Здобувачем запропоновано конструкцію лабораторної установки для порівняльних досліджень висівних апаратів.

3. Свірень М.О., Солових Є.К., Катеринич С.Є., Сабірзянов Т.Г., Косінов М.М. Результати експериментальних досліджень внутрішньоребристих висівних апаратів // Зб. наук. праць Кіровоградського держ. техн. університету. /Техніка в сільськогосп. виробн., галузеве машинобуд., автоматизація.-Вип. 10. - Кіровоград: КДТУ, 2001. -С. 132-136.

Здобувачем проведені експериментальні дослідження дозуючої здатності для визначення норм висіву.

4. Катеринич С.Є., Солових Є.К., Аулін В.В., Свірень М.О. Вплив форми робочої поверхні висівного диску внутрішньоребристого апарату на якість висіву насіння // Сб. научн. трудов Николаевского гос. аграрного университета /Соврем. пробл. земледельческой механ. 17 - 18.10.2002г. - Николаев: НГАУ, 2002. - С. 168-172.

Здобувачем досліджено вплив ребристої робочої поверхні диску апарата на якість висіву насіння.

5. Катеринич С.Є., Свірень М.О., Аулін В.В., Солових Є.К., Харьковський І.С. Дослідження кута підйому насіння робочим органом внутрішньоребристого висівного апарата // Загальнодерж. міжвідомчий науково-техн. зб. Кіровоградського держ. техн. університету. /Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. -Вип. 32.- Кіровоград: КДТУ, 2002. - C. 28-32.

Здобувачем експериментально досліджено кут підйому насіння робочим органом висівного апарату з використанням цифрової відеоапаратури.

6. Катеринич С.Є. Дослідження характеру руху насіння в корпусі внутрішньоребристого висівного апарата //Загальнодерж. міжвідомчий наук.-техн. зб. /Конструювання, виробн. та експл. сільськогосп. маш. -Вип. 33. - Кіровоград: КДТУ, 2003. -- С. 358-363.

7. Катеринич С.Є., Солових Є.К., Аулін В.В. Фізична картина руху потоку насіння на виході з корпусу внутрішньоребристого висівного апарата // Зб. наук. праць КДТУ /Техніка в сільськогосп. виробн., галузеве машинобуд., автоматизація. -Вип.14. - Кіровоград: КДТУ, 2004. - С.52-61.

Здобувачем отримано умову зсипання потоку посівного матеріалу на виході з корпусу внутрішньоребристого апарата.

8. Катеринич С.Є., Аулін В.В. Визначення технологічних та конструктивних особливостей внутрішньоребристих висівних апаратів // Вісник Харківського держ. техн. університету сільськ. госп. /Техн. сервіс АПК, техніка та техн. у сільськогосп. машинобуд. -Вип. 24. - Харків: ХДТУСГ, 2004.-С.68-73.

Здобувачем отримано аналітичний вираз для керування робочим об'ємом внутрішньоребристого апарату та визначено умови його ефективної роботи.

9. Патент України 54898А, А01С7/12. Внутрішньоребристий висівний апарат / Сисолін П.В., Свірень М.О., Катеринич С.Є., Ляшенко А.С., Аулін В.В., Солових Є.К., Харьковський І.С.. - № 2002053721; заяв. 07.05.2002; опубл. 17.03.2003; Бюл. № 3.

10. Катеринич С.Є., Соловых Е.К., Аулин В.В., Свирень Н.А. Моделирование процесса движения семян в корпусе внутреннереберчатого высевающего аппарата // Сборник научных работ ТГПИ. - Таганрог: ТГПИ, 2002. - С. 84-89.

АНОТАЦІЯ

зерновий сівалка внутрішньоребристий котушковий

Катеринич С.Є. Обґрунтування параметрів внутрішньоребристих висівних апаратів для зернових сівалок. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11.-Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва.-Кіровоградський національний технічний університет, Кіровоград, 2004р.

Дисертація присвячена підвищенню якості зернових сівалок шляхом обладнання їх удосконалими внутрішньоребристими апаратами. Теоретично обґрунтовано відмінність закономірностей формування зернового потоку у внутрішньоребристому апараті в порівнянні з котушковим: взаємопротилежний характер поля швидкостей шарів, відсутність пульсації потоку насіння, винос посівного матеріалу за рахунок ребристої робочої поверхні, доведена можливість керування потоком та робочим об'ємом для розширення універсальності і групового спорожнення. Конструктивно по новому вирішені питання регулювання норми висіву за допомогою зміни розміру висівного вікна дозуючою заслінкою. Запропоновано більш раціональну схему внутрішньоребристого апарату.

Виходячи з механіки сипкого середовища та моделі зернового потоку показано, що на виході з корпусу апарата створюються сприятливі умови для переміщення і плину шарів потоку. Встановлено, що дозуюча здатність апарата практично не залежить від частоти обертання висівного диску і змінюється прямопропорційно величині відкриття висівного вікна. По результатах експериментальних досліджень побудована номограма визначення норм висіву від ступеню відкриття дозуючої заслінки для різних культур з урахуванням передаточних відношень. Результати досліджень прийняті до впровадження на ВАТ “Червона Зірка” (м.Кіровоград). Загальний очікуваний річний економічний ефект використання однієї сівалки ЗС-3,6, обладнаної запропонованими внутрішньоребристими апаратами становитиме 4399,34 грн.

Ключові слова: зернова сівалка, внутрішньоребристий апарат, зерновий потік, якість, норма висіву, дозуюча здатність, робочий об'єм, висівне вікно, заслінка.

АННОТАЦИЯ

Катеринич С.Е. Обоснование параметров внутреннереберчатых высевающих аппаратов для зерновых сеялок. - Рукопись.

Диссертация на получение научной степени кандидата технических наук за специальностью 05.05.11.-Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства.-Кировоградский национальный технический университет, Кировоград, 2004г.

Диссертация посвящена повышению качества работы зерновых сеялок путем оснащения их усовершенствованными внутреннереберчатыми аппаратами. Проанализированы основные направления усовершенствования высевающих аппаратов, приведена их классификация. Показано, что основными конкурирующими аппаратами для зерновых сеялок являются катушечные и внутреннереберчатые аппараты. Обоснованы основные преимущества внутреннереберчатых аппаратов. Выяснено, что они изучены недостаточно, как с конструктивной, так и с технологической точек зрения.

Теоретически обоснованы отличия закономерностей формирования зернового потока в внутреннереберчатом аппарате в сравнении с катушечным, доказана возможность изменения рабочего объема аппарата для расширения его универсальности и группового опорожнения. Получены аналитические выражения для управления рабочим объемом аппарата и нормой высева посевного материала, а также угла подъема зерна, скорости активных слоев.

Исходя из механики сыпучих сред и модели зернового потока показано, что на выходе из корпуса аппарата создаются благоприятные условия для течения пластов потока посевного материала, определен закон его распределения по площади питания.

Конструктивно по-новому решены вопросы регулирования нормы высева с помощью изменения размера высевающего окна дозирующей заслонкой, группового опорожнения аппаратов от зерна и управления рабочим объемом корпуса. Предложена более рациональная схема внутреннереберчатого аппарата.

Разработана методика изучения характера движения слоев семян в корпусе аппарата и экспериментального определения их скорости движения с визуальным наблюдением на мониторе компьютера. Для экспериментального определения дозирующей способности аппарата, его производительности, а также исследования равномерности распределения посевного материала в рядке разработаны малогабаритные лабораторные установки.

Проведены экспериментальные исследования угла подъема зерен посевного материала от формы рабочей поверхности диска, частоты вращения и размера высевающего окна. Установлено, что форма рабочей поверхности диска существенно влияет на кинематические характеристики потока семян. Показано, что наиболее равномерный зерновой поток обеспечивается при подъеме зерна на угол не больший 900.

В работе исследована зависимость величены подачи семян от частоты вращения рабочего органа и степени открытия дозирующей заслонки. Установлено, что дозирующая способность аппарата практически не зависит от частоты вращения высевающего диска и изменяется прямо пропорционально величине открытия высевающего окна.

По результатам экспериментальных исследований построена номограмма определения норм высева от изменения величины открытия дозирующей заслонки для разных культур с учетом передаточных отношений.

С применением многофакторного математического планирования экспериментов найдены оптимальные конструктивно-технологические параметры предложенного аппарата, получены уравнения регрессии.

На основе проведенных исследований обоснована целесообразность изменения конструктивной схемы сеялки ЗС-3,6 и оснащения ее внутреннереберчатыми аппаратами, разработаны практические рекомендации производству.

Результаты исследований приняты к внедрению на ОАО “Красная Звезда” (г.Кировоград). Общий ожидаемый годовой экономический эффект от использования сеялки ЗС-3,6, оборудованной предложенными внутреннереберчатыми аппаратами составит 4399,34 грн.

Ключевые слова: зерновая сеялка, внутреннереберчатый аппарат, зерновой поток, качество, норма высева, дозирующая способность, рабочий объем, высевающее окно, заслонка.

THE SUMMARY

Katerinich S.Е. Substantiation of parameters internally-edgesting sowing of devices for grain seeders. - Manuscript.

The dissertation on reception of a scientific degree of the candidate of engineering science behind a speciality 05.05.11. - Machine and means of mechanization of agricultural manufacture. - Kirovograd National Technical University, Kirovograd 2004.

The dissertation is devoted to increase of quality of work of grain seeders by equipment by their advanced internally-edgesting by devices. Difference of laws of formation of a grain flow in internally-edgesting the device in comparison with bobbin theoretically is proved, the opportunity of management of working volume for expansion of universality and group emptying is proved. Structurally questions of regulation of norm sowing with the help of change of the size of a window measuring out blade in a new fashion are decided. More rational circuit of the device is offered.

Proceeding from the mechanics of loose environments and model of a grain flow is shown, that on an exit from cases of the device the favorable conditions for moving and current of layers of a flow are created. Is established, that measuring out the ability of the device practically does not depend on frequency of rotation sowing of a disk and changes sraightproportionelly to size of opening sowing of a window. The results of researches are accepted to introduction on ОАS “Krasnaya Zvezda” (c.Kirovograd). The general expected annual economic benefit of use of a seeder ЗС-3,6, equipped offered internally-edgesting by devices will make 4399,34 grn.

Key words: a grain seeder, internally-edgesting the device, grain flow, quality, norm sowing, measuring out ability, working volume, sowing window, blade.

Размещено на Allbest.ru

...