Обґрунтування параметрів сошників для сівби зернових культур підгрунтово-розкидним способом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вінницький державний аграрний університет

05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

УДК 631.331.1.024.2/.3

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ОБГРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ СОШНИКІВ ДЛЯ СІВБИ ЗЕРНОВИХ КУЛЬТУР ПІДГРУНТОВО-РОЗКИДНИМ СПОСОБОМ

Павельчук Юрій

Федорович

Вінниця - 2009

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Подільському державному аграрно-технічному університеті

Міністерства аграрної політики України

Науковий керівник: кандидат технічних наук, професор Рудь Анатолій Володимирович, Подільський державний аграрно-технічний університет Міністерства аграрної політики України, завідувач кафедри сільськогосподарських машин і механізованих технологій.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор, Гевко Богдан Матвійович, Тернопільський державний технічний університет імені І. Пулюя Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри технології машинобудування, академік ІАУ, заслужений винахідник України;

кандидат технічних наук, професор, Сисолін Петро Васильович, Кіровоградський національний технічний університет Міністерства аграрної політики України, викладач кафедри сільськогосподарського машинобудування

Захист відбудеться «02» липня 2009 р. о 1230 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К.05.854.02 у Вінницькому державному аграрному університеті за адресою: 21008, м. Вінниця, вул. Сонячна, 3, мод. 4.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Вінницького державного аграрного університету за адресою: 21008, м. Вінниця, вул. Сонячна, 3.

Автореферат розісланий «01» червня 2009р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради О.В. Цуркан

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Одним із найважливіших технологічних заходів в аграрному виробництві є сівба сільськогосподарських культур, зокрема застосування підгрунтово-розкидного способу сівби. Найбільш гостро це питання стоїть при вирощуванні зернових культур, площа живлення яких вимагає раціонального використання поживних елементів ґрунту та сонячної енергії. Крім цього, це дає можливість зменшити застосування хімічних препаратів для боротьби з бур'янами внаслідок того, що останні біологічно пригноблюються культурними рослинами.

У зв'язку з цим дослідження і удосконалення сошників для сівби зернових культур підгрунтово-розкидним способом є актуальним науково-прикладним завданням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася у відповідності до програм досліджень кафедри сільськогосподарських машин і механізованих технологій інституту механізації і електрифікації сільського господарства Подільського державного аграрно-технічного університету і відповідає вимогам паспорту спеціальності 05.05.11 - "Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва", який затверджено Президією ВАК України та є складовою науково-дослідної роботи на 2001 - 2008 р.р. Тема дисертаційного дослідження спрямована на вирішення науково-технічної проблеми із розробки та впровадження машин для сівби сільськогосподарських культур у рамках цільової комплексної програми «Національна програма розробки і виробництва технологічних комплексів машин і обладнання сільського господарства, харчової та переробної промисловості», затвердженої Кабінетом Міністрів України 7 березня 1996 року. Тема дисертації затверджена вченою Радою факультету механізації сільського господарства 20 грудня 1999 р. (протокол № 4) та узгоджена НДР і ДКР (РК №0106U000992).

Мета і задачі досліджень. Мета роботи - підвищення врожайності зернових культур за рахунок рівномірності розподілу насіння по площі живлення на основі ресурсозберігаючих технологій.

Для досягнення мети в роботі поставлені такі завдання:

- теоретично обґрунтувати процеси руху насіння у підсошниковому просторі сошника;

- теоретично обґрунтувати швидкість подачі насіння на відбивач сошника для визначення дальності його польоту;

- провести комплекс теоретичних та експериментальних досліджень і розробити практичні рекомендації щодо вибору конструктивних, кінематичних і технологічних параметрів сошника;

- спроектувати та виготовити експериментальний сошник для підгрунтово-розкидної сівби, а також стенд для дослідження технологічних характеристик цього сошника;

- оцінити техніко-економічну ефективність використання сівалок з сошниками для підгрунтово-розкидної сівби.

Практичне значення одержаних результатів. Результати теоретичних досліджень і лабораторних випробувань в цілому підтвердились польовими дослідами. Сівалка з експериментальними сошниками краще розподіляє насіння зернових культур по площі живлення та глибині його заробки у порівнянні з серійною машиною. Розрахований економічний ефект показав, що експериментальна сівалка економічно більш ефективна в порівнянні з рядковою сівалкою, окрім того використання експериментальної сівалки дозволило зменшити експлуатаційні витрати, затрати праці і підвищити рентабельність виробництва зерна.

За результатами теоретичних та експериментальних досліджень розроблена конструкторська документація на виготовлення сошника для підгрунтово-розкидного способу сівби, яка підтверджено трьома деклараційними патентами України на винахід (№31824, №57985, №62229), а також доведена економічна ефективність його застосування. Результати досліджень прийняті до впровадження під час удосконалення існуючої та розробки нової посівної техніки спеціалізованим конструкторським відділом ВАТ „Кам'янець-Подільськсільмаш” (акт № 95 від 27 вересня 2007р.), та спеціалізованим конструкторським відділом ВАТ „Шепетівський завод культиваторів” (акт № 72 від 10 жовтня 2007 р.) та в навчальний процес підготовки висококваліфікованих фахівців за напрямом 0919 „Механізація та електрифікація сільського господарства” і використовуються під час вивчення дисциплін: „Сільськогосподарські машини” і „Механіко-технологічні властивості сільськогосподарських матеріалів” в Подільському державному аграрно-технічному університеті.

Особистий внесок здобувача. Основні теоретичні та експериментальні дослідження за темою дисертаційної роботи виконано автором самостійно. Основні наукові результати за темою дисертаційної роботи отримані автором особисто[1-5]. В працях опублікованих у співавторстві [1, 3], ним зроблено аналіз робочих органів машин для сівби зернових культур рядковим, вузькорядним, перехресним і смуговим способами, описано принципово нові конструкції сошників для підгрунтово-розкидної сівби[7, 8, 9], обґрунтовано форму поверхні відбивача насіння сошника для сівби зернових культур підгрунтово-розкидним способом і параметри подільників, досліджено процес розподілу насіння по площі живлення[13].

У технічних рішеннях, що захищені деклараційними патентами України на винахід частка кожного співавтора однакова[4, 5, 6, 10, 11, 12, 14]. В інших опублікованих наукових працях по темі дисертаційної роботи частка здобувача складає близько 60%.

Апробація результатів досліджень. Основні положення виконаних теоретичних і експериментальних досліджень доповідались та отримали позитивну оцінку на: щорічних наукових конференціях професорсько-викладацького складу Подільського державного аграрно-технічного університету (м. Кам'янець-Подільський, 2002-2008 р.р.), ІІ Міжнародній науковій конференції «Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки» (м. Харків, 2003 р.), ХІІІ Міжнародній науково-теоретичній конференції «Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві» (м. Глеваха, 2005 р.), ІІІ Міжнародній науковій конференції. «Новітні матеріали і технології в будові та експлуатації машин» (м. Кам'янець-Подільський, 2007 р.); розширеному засіданні Вченої Ради інституту механізації і електрифікації сільського господарства та кафедр сільськогосподарських машин і механізованих технологій, машиновикористання, механізації тваринництва Подільського державного аграрно-технічного університету (м. Кам'янець-Подільський, 2008р.).

Робота нагороджена дипломом переможця конкурсу на кращу роботу серед студентів вищих навчальних закладів ІІІ-ІV рівня акредитації Мінагрополітики України напряму 0919 „Механізація та електрифікація сільського господарства” (м. Київ, 2006 р.)

Публікації. Результати наукових досліджень викладені в 14 друкованих працях, з них 3 - у фахових збірниках наукових праць, 7 - деклараційні патенти України на винаходи, 4 - у матеріалах конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, загальних висновків та пропозицій, 74 сторінки додатків та списку використаних літературних джерел із 158 найменувань. Основна частина викладена на 170 сторінках тексту, містить 132 формули, 21 таблицю і 38 рисунків. Повний обсяг дисертації становить 261 сторінок.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБО'І'И

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано тему, об'єкт, предмет, методи дослідження та завдання, які розв'язуються в роботі, окреслено наукову новизну й практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі „Стан питання та завдання досліджень” зроблено аналіз виконаних робіт з існуючих способів та засобів сівби зернових культур. Проведено аналіз теоретичних досліджень, що пов'язані з розробкою та вдосконаленням робочих органів посівних машин для сівби зернових культур. Значний внесок для вирішення цих питань зробили: П.Г. Гурніцький, П.А. Карпуша, Ф.В. Гріщенко, В.Я. Попель, В.І. Лашевський, І.І. Сахацкий, П.Л. Карпуша, Є.І. Ракша, Л.А. Новіцький, П.Т. Стоянов, О.М. Карпенко, Ю.А. Вейс, С.В. Кардашевський, К.Н. Лєтошнєв, В.Є. Комарістов, С.А. Ма, П.М. Василенко, І.А. Кулєшов, Н.П. Радугін, О.М. Семенов, Л.В. Погорілий, А.І. Бойко, М.О. Свірень, С.І. Шмат, М.М. Ножнов, О.В. Вєрняєв, А.Я. Браславський, А.І. Жірнов, С.Д. Смєтнєв, І.П. Баландін, А.С. Архіпов, М.К. Малєв, Ф.Г. Лєщєв, Н.Т. Хайченко, Н.І. Любушко, М.Х. Каскулов, С.А. Манякін, С.І. Шмат, А.В. Лур'є, В.М. Рибаков, Т.М. Білодідова, В.О. Бєлодєдов, А.В. Рудь, П.І. Роздорожнюк та ін. Зроблено огляд робочих органів посівних машин та розподільників насіннєвого матеріалу по ширині захвату сошника, визначені основні недоліки та запропоновані шляхи до їх спрощення і покращення якості роботи при висіві насіння зернових культур.

Роблячи висновки з аналізу науково-дослідних робіт за темою слід зауважити, що в літературі існують конкретні рекомендації про кількісний зв'язок між конструктивними параметрами розподільного пристрою і показниками розподілу насіння по площі живлення.

Розглянувши в огляді матеріали з теми, можна зробити наступні висновки і поставити такі завдання:

1. Провести теоретичне дослідження процесу руху насіння в підсошниковому просторі.

2. Дати теоретичне обґрунтування основних геометричних параметрів розподільних пристроїв сошника і методи їх розрахунку.

3. Обґрунтувати теоретичні та експериментальні параметри відбивача насіння.

4. Встановити експериментально кількісний зв'язок між конструктивними і технологічними параметрами сошника та показниками якості розподілу насіння по площі живлення.

5. Встановити оптимальні параметри сошника для підгрунтово-розкидного посіву зернових культур.

У другому розділі "Теоретичні передумови дослідження процесу розподілу насіння зернових культур при підгрунтово-розкидному способі сівби" приведені теоретичні дані по визначенню швидкості падіння насіння на відбивач, досліджено можливості вибору параметрів відбивача за умови відсутності ударів з кришкою камери розсіву.

Враховуючи те, що більшість сучасних сівалок для підгрунтово-розкидного посіву обладнані робочими органами, які виконують смуговий посів, ми пропонуємо принципово нову конструкцію робочого органа (рис.1) і нами ставиться завдання теоретично обґрунтувати процес суцільного розподілу насіння по всій ширині захвату сошника.

За результатами досліджень стало відомо, що для визначення параметрів руху насіння в підсошниковому просторі необхідно знати швидкість V насіння при виході з стояка сошника, тобто швидкість насіння до удару його до поверхні відбивача. Рух насіння описується диференціальним рівнянням

m = mg - cV,

де m - маса насіння;

g - прискорення вільного падіння;

с = КЕ - коефіцієнт опору, помножений на «міделєво» переріз насіння.

Швидкість насіння при виході із насіннєпровода визначається за формулою

,

де - довжина насіннєпровода;

- коефіцієнт тертя насіння по стінках насіннєпровода;

- кут нахилу насіннєпровода;

- кут нахилу дотичної до крайнього елемента жолобка котушки;

- кутова швидкість котушки висівного апарата.

Швидкість падіння насіння перед ударом до відбивача, визначаємо за формулою

,

де у =- висота встановлення відбивача, дорівнює 257,5 мм.

За даними кінозйомки для вертикальної швидкості падіння насіння на відбивач побудовано статистичний ряд розподілу (табл. 1).

Таблиця 1 Статистичний ряд розподілу швидкості падіння насіння

Кут нахилу робочої поверхні відбивача до дна борозни (горизонту) та висота розташування повинні бути такими, щоб:

а) забезпечувалась максимальна дальність польоту насіння після відбивання його від робочої поверхні розподільчої пластини;

б) виключати дотик насіння до площини крила лапи після відбивання його від робочої поверхні розподільчої пластини.

Максимальна дальність польоту тіла досягається при початковому значенні кута кидання (рис. 2).

Вісь Ох направлена по горизонталі вліво, вісь Оу - по вертикалі вверх, початок О координат співпадає з проекцією точки вильоту насіння на дно борозни.

Кут кидання насіння визначається за формулою

Sin И =

де И - кут між вектором швидкості відбивання насіння від поверхні відбивача і дном борозни;

H - різниця висот точок кидання і падіння, тобто висота встановлення відбивача над поверхнею дна борозни;

U - початкова швидкість кидання, з якою насіння рухається після удару до поверхні відбивача.

Траєкторією руху насіння у підсошниковому просторі є парабола, що лежить у вертикальній площині руху відбитого насіння, яка проходить через кінець крила лапи і точку удару. Слідом цієї площини на дні борозни є пряма АО (рис. 1), а перетин її із площиною крила є пряма, нахилена до горизонту під кутом . Вершина параболи має координати:

Х = И ,

У = .

Рівняння (5) складено без урахування опору повітря, так як різниця в дальності польоту насіння у підсошниковому просторі з урахуванням опору повітря та без урахування по Л.А. Новіцькому невелика і складає 1,2%.

Рівняння бокової площини відбивача, наприклад, правої будемо шукати у вигляді рівняння площини, яка проходить через дану точку перпендикулярно вектору :

. (6)

Першу умову запишемо як рівняння, що визначає кут між двома площинами:

Для запису другого рівняння визначаємо координати вектора , для якого координати точки відомі, а з координат точки невідома тільки абсциса. Вона дорівнює абсцисі точки , в якій перетинаються пряма з віссю Ох:

у=0;

Після цього друга умова буде виглядати:

.

Розв'яжемо з рівняння:

.

Розв'язуємо одержане рівняння відносно :

Тоді коефіцієнти і шуканого рівняння приймуть вигляд:

;

Рівняння правої площини відбивача матиме вигляд

,

.

Рівняння лівої площини запишемо аналогічно

.

До середньої площини відбивача висуваємо вимоги, що вона повинна мати ширину , пропорційну ширині центральної частини, яку засіває сошник, якщо припустити, що насіння розподіляється рівномірно

,

де S - площа поперечного перерізу стояка сошника;

- площа тієї частини поперечного перерізу стояка, через яку проходить насіння, яке падає на середню площину відбивача;

В - ширина захвату сошника;

- ширина відбивача, яка дорівнює діаметру стояка.

У третьому розділі „Програма і методика експериментального дослідження” проведено експериментальні дослідження запропонованої конструкції робочого органа для сівби зернових культур підгрунтово-розкидним способом. насіння посадочний сошник сівалка

При розробці програми пошукових дослідів виходили з теоретичних висновків про те, що на процес розподілу насіння по ширині захвату сошника впливають такі фактори:

а) тип подільника зернового потоку;

б) форма відбивача насіння ;

в) довжина камери розсіву;

г) розташування насіннєпровідного стояка по відношенню до кронштейна лапи сошника.

Необхідність дослідної перевірки місця подачі насіння у підсошниковий простір зумовлена тим, що при подачі насіння у задню частину камери розсіву, об'єм, в якому насіння може переміщатися після удару до відбивача, значно більший, ніж при подачі насіння у передню частину камери, і при цьому можна добитися умови, що розсів насіння у цьому випадку буде проходити на більшу ширину і значно рівномірніше.

Об'єм програми пошукових дослідів визначався можливими комбінаціями перерахованих факторів.

Крім пошукових дослідів передбачено експериментальну перевірку гіпотези про рівномірний розподіл насіння по площі поперечного перерізу насіннєпровідного стояка, а також дослідне визначення прохідності насіння різних культур крізь розподільний пристрій.

Програма активного експерименту включала проведення дослідів за матрицею планування. Методи математичної теорії експериментів дають можливість на основі дослідження отриманих даних побудувати математичну модель процесу, що виражається у вигляді регресивного рівняння

,

де - фактори, що впливають на функцію „”;

- теоретичні коефіцієнти регресії.

Під час проведення лабораторного експерименту досліди проводилися при подачі насіння з насіннєпровода у сошник трьома різними способами.

Перший спосіб нічим не відрізняється від звичайного, який характерний для серійної сівалки СЗС - 2,1: насіння подавалось із насіннєпровода у пустотілий стояк і за допомогою розподільного пристрою розсіювалось в закритому підсошниковому просторі - камері розсіву, яка утворена площинами крил лапи, щитками та заднім козирком.

Другий спосіб відрізняється від першого тим, що камера розсіву була із збільшеною довжиною.

При третьому способі насіння із насіннєпровода потрапляло у стояк, який був зміщений назад від носка лапи вздовж його осьової лінії, а з нього - до розподільчого пристрою, за допомогою якого розсівалось у подовженій камері розсіву.

Програма кінозйомки передбачала визначення швидкості падіння насіння на відбивну поверхню у поздовжній і поперечній вертикальних площинах, а також траєкторії руху насіння. Для дослідження процесу руху насіння у насіннєпроводі та сошнику використовувалась цифрова відеокамера Casio EXSLIM Pro EX-F1, яка дала змогу визначити параметри цього руху.

Нижня частина насіннєпровода і вся камера розсіву сошника була виготовлена з оргскла, а відбивач - із листової сталі.

Дослідження сошника (рис.3) з розподільчими пристроями проводили на лабораторній установці (стенді) (рис. 4).

В польових умовах вивчалась робота різних типів сошників (експериментального та сошника сівалки-культиватора СЗС-2,1) і вплив способів сівби на рівномірність розподілу насіння по площі живлення та глибину заробки насіння і врожайність.

В четвертому розділі „Результати лабораторних експериментальних досліджень” виявлено вплив способу подачі насіння, довжини камери розсіву сошника, типів подільників зернового потоку та відбивача насіння на рівномірність розподілу насіння по площі живлення.