Распределение семян по глубине двухдисковыми сошниками с нулевым углом атаки дисков с внешними усеченно-конусными ребордами-бороздообразователями

Размещено на http://www.allbest.ru/

Распределение семян по глубине двухдисковыми сошниками с нулевым углом атаки дисков с внешними усеченно-конусными ребордами-бороздообразователями

В.Р. Петровец, С.В. Авсюкевич

Аннотация

сошник борозда почва глубина

На основании аналитических исследований разработана конструктивно-технологическая схема двухдискового сошника с нулевым углом атаки дисков и усеченно-конусными ребордами-бороздообразователями. Наличие реборд-бороздообразователей позволяет формировать бороздки с повышенной площадью уплотнения почвы под семенами и боковой поверхности. По сравнению с серийными дисковыми сошниками они обеспечивают быстрейшее набухание семян и их полевую всхожесть. В статье определены зависимости глубины образования бороздок и глубины укладки семян, а также разности между глубиной бороздок и семенами в зависимости от скорости движения сошников и давления прижатия их к почве.

Annotation

On the basis of analytical research we have developed the constructive-technological scheme of two-disc ploughshare with zero angle of slope and truncated conical ledges-furrowmakers. Ledges-furrowmakers help to form furrows with increased area of compaction of soil under seeds and side surface. In comparison with serial disc ploughshares they provide quicker ripening of seeds and their field germination ability. The article determines the dependences of the depth of furrow formation, the depth of seed placement, and the difference between the depth of furrows and seeds on the speed of ploughshares movement ad their pressure on the soil.

Введение

Государственной программой устойчивого развития села на 2011-2015 гг. планируется реализовать ресурсосберегающие технологические процессы в земледелии, довести урожайность зерновых культур до 43 ц/га, а производство зерна в 2015 г. до 12 млн. тонн [1].

В посевных машинах важнейшим рабочим органом является сошник, который формирует бороздку, создает плотное ложе на глубине заделки семян для подтягивания к ним влаги. Семена должны быть равномерно закрыты мелкокомковатым слоем почвы для проникновения тепла, кислорода и влаги.

Анализ источников

Наиболее перспективными в настоящее время являются одно- и двухдисковые сошники, которые хорошо работают на различных типах почв, в том числе засоренных растительными и пожнивными остатками [2].

Недостатками таких сошников является высокая неравномерность распределения семян по глубине, захват семян вращающимися дисками с выбросом их за пределы бороздки и в верхние слои почвы, неравномерное осыпание бороздок, в связи с чем семена заделываются на разную глубину. Кроме того, дисковые сошники имеют высокую металлоемкость, а их диски имеют угол атаки от 9⁰ до 18⁰ (соответственно для широкорядного посева - 0,15 м и узкорядного - 0,075 м). С увеличением скорости свыше 8 км/ч резко растет отброс почвы, забрасывание соседних рядков, повышение тягового сопротивления, а также высокая гребнистость после прохода сошников [3].

Таким образом, разработка новых дисковых сошников, теоретическое и экспериментальное обоснование их рациональных параметров с целью равномерного распределения и заделки семян, укладки последних на уплотненное дно бороздки, уменьшение их металлоемкости и тягового сопротивления является актуальной задачей, решение которой позволит повысить урожайность зерновых культур.

Методы исследования

Предлагаемая нами конструктивно-технологическая схема двухдискового сошника, в соответствии с рис. 1, состоит из корпуса 1 с отверстиями 2 и болтами 3, двух плоских (левого и правого) дисков 4 с ребордами-бороздообразователями 5. Диски 4 расположены вертикально и параллельно один другому и направлению движения сошника с нулевым углом атаки дисков [4, 5]. В задней части корпуса 1 закреплены оси 6. На осях 6 установлены диски 4 с ребордами-бороздообразователями 5. На корпусе 1 закреплена пластина 7, на которой установлен семянаправитель 8, в который подаются семена 10.

Рис. 1. Конструктивно-технологическая схема работы двухдискового сошника с нулевым углом атаки дисков и внешними усеченно-коническими ребордами-бороздообразователями:

1 - корпус; 2, 3 - отверстия с болтами для крепления к поводку сеялки; 4 - плоские диски;5 - усеченно-конические реборды-бороздообразователи; 6 - оси; 7 - пластина; 8 - семянаправители;9 - бороздка; 10 - семена и гранулы стартовой дозы фосфорных удобрений; 11 - уплотненное ложе;

h_Б - глубина бороздки; h_с - глубина укладки семян

Двухдисковый сошник работает следующим образом. Корпус 1 двухдискового сошника присоединяют к поводку сеялки с помощью отверстий 2 и болтов 3. Рабочие диски 4 с усеченно-конусными ребордами-бороздообразователями 5 установлены на осях 6 с углами атаки и крена 0°. Диски 4, двигаясь в почве, разрезают ее, а также пожнивные и растительные остатки, а затем усеченно-конусные реборды-бороздообразователи 5 выдавливают бороздки с правой стороны правого диска 4 и с левой стороны левого диска 4. В образованные бороздки 9 укладываются семена 10, например, зерновых культур, вместе со стартовой дозой фосфорных удобрений, поступающих под действием воздушного потока пневматической высевающей сеялки или за счет свободного падения при механическом высеве по семянаправителю 8. Семена 10 находятся в бороздке.

Усеченно-конусная реборда-бороздообразователь 5 работает следующим образом. Плоская часть диска 4 разрезает почвенные и растительные остатки, почву и образует щель 11. По этой щели 11 к семенам подтягивается влага. Реборда-бороздообразователь 5 ограничивает глубину заделки семян, а также при образовании бороздки уплотняет не только ее дно, но и ее боковую поверхность. Это значительно увеличивает площадь уплотненной бороздки и количество подтягиваемой влаги. Последнее положительно сказывается на полевой всхожести семян зерновых культур.

Установка рабочих дисков 5 с углом атаки и крена 0° на двухдисковом сошнике позволяет уменьшить до минимума отброс почвы в стороны от диска. В процессе работы дисков 4 с ребордами-бороздообразователями 5 происходит одновременно образование бороздок, их уплотнение, а также ограничение глубины заделки семян при работе двухдискового сошника.

Установка дисков 4 с углом атаки 0° позволяет работать на скоростях движения сеялок 10-15 км/ч и при этом значительно уменьшить разброс почвы и забрасывания соседних рядков. Это позволяет произвести расстановку сошников в один ряд с расстоянием между рядками семян 12,5 см и менее. Щель 11, образованная диском 4 в почве, позволяет подтянуть влагу к уплотненному ребордой-бороздообразователем 5 дну бороздки для ускорения полевой всхожести семян. Плотность почвы на глубине заделки семян после прохода двухдискового сошника с ребордами-бороздообразователями согласно агротехническим требованиям должна составлять 1,2-1,25 г/см³.

Установка дисков 4 с нулевым углом атаки на двухдисковом сошнике позволяет уменьшить тяговое сопротивление сошников и улучшить равномерность глубины заделки семян при работе на повышенных скоростях, а также обеспечивает прямолинейность движения двухдисковых сошников.

Необходимо отметить, что теоретическими исследованиями мы изучали распределение семян зерновых культур по глубине в раскрываемых двухдисковым сошником бороздках, а лабораторно-полевые опыты показывают реальную глубину посева семян. В дальнейшем принимаем и обозначаем h_Б - глубину бороздки и h_с - глубину укладки семян. Поскольку далеко не каждое семя попадает на дно бороздки, образованной усеченно-конусной ребордой, из-за частичного осыпания почвы в бороздку и разброса семян по ширине бороздки, то можно сделать предположение, что h_с ? h_Б.

Величина глубины распределения семян h_с подвержена значительным случайным колебаниям. Отсюда следует, что в анализе h_с важны не только средние значения глубины, но и характеристики разброса семян по глубине _ стандартное отклонение и коэффициент вариации.

Сравнение теоретических данных глубины образования бороздки h_Б с опытными данными глубины h_с укладки семян на дно бороздки от скорости движения посевной машины V и давления на сошник G показывает, что эти зависимости аналогичны. Для реальной практической работы нужна зависимость глубины укладки семян на дно бороздки, а именно h_с от скорости V и давления на сошник G. Поэтому будем исследовать ее аналогично глубине бороздки h_Б.

Основная часть

Дальнейшие исследования будем проводить для предлагаемого двухдискового сошника, принимая максимальный радиус реборды D=300 мм, радиус дисков D₁=350 мм, ширину реборды в_Р=30 мм, толщину диска в₁=2 мм, угол наклона реборды µ=45⁰, угол заточки лезвия диска =20⁰.

Это позволяет значительно упростить теоретические исследования, т.к. у нас остается только два параметра, влияющих на глубину формирования бороздки h_Б: давление на сошник G и скорость сошника V. Основой для получения зависимости h_c (V, G) является одно из уравнений равновесия:

F_z=G, (1)

где F_z - симметричное вертикальное сопротивление, равное:

F_z=R_z+T_z+D_z, (2)

где R_z - составляющая по оси z сопротивления прижатия сошника к почве, T_z - трение двухдискового сошника о почву, D_z - составляющая динамического сопротивления сошника.

Ранее нами были получены формулы этих величин для усеченно-конических реборд и плоских дисков [6]. Формулы эти получились объемными, что не позволяет аналитически решить уравнение (1). Для того чтобы построить более простые, удобные для практического пользования формулы для величин R_z, T_z, и D_z, принимаем параметры двухдискового сошника R, R₁, , , в_Р, в₁ постоянными. Было учтено также, что величины R_z и T_z не зависят от скорости сошников, а только от глубины h, а D_z имеет множитель V², т.е. соотношение D_z/ V² зависит только от глубины образуемой бороздки h_Б. При определении приближенных формул для R_z, T_z и D_z использовался метод наименьших квадратов, а так как функции были выбраны степенные типа h^m, то данные предварительно логарифмировались. Исходным материалом для расчета формул были табличные данные R_z(h), T_z(h) и D_z/V²(h), полученные на компьютере, по ранее полученным формулам [6, 7].

Сравнение точности приближенных формул велось по тем же табличным данным, полученным по ранее выведенным формулам. Коэффициенты формул, полученные методом наименьших квадратов, были несколько округлены для упрощения. После этого были получены формулы:

с погрешностью не более 2%; (3)

с погрешностью не более 5%; (4)

с погрешностью не более 8%. (5)

Путем сложения значений R_z, Т_z и D_z получаем уравнение для определения глубины образуемой бороздки h_Б:

(6)

Отсюда:

(7)

Сравнивая значение h_Б, подсчитанное по формуле (7), и значение ранее полученного уравнения (1), убеждаемся, что различие составляет не более 3%. В формуле (7) значения приведены: h_Б, см; V, км/ч; G, Н.

Исходными данными для получения формулы глубины h_с укладки семян на дно бороздки служили средние значения измерений для трех значений скорости движения двухдискового сошника (V₁=8, V₂=12 и V₃=16 км/ч) и трех значений давления пружины на сошник (G₁=120, G₂=160 и G₃=200 Н). Поскольку глубина укладки семян h_с сильно подвержена случайным колебаниям, лабораторно-полевые опыты проводили в 10-кратной повторности.

Формулу для глубины укладки семян h_с по аналогии с глубиной бороздки h_Б определяли в виде уравнения:

, (8)

где А и В коэффициенты, которые необходимо определить. При использовании метода наименьших квадратов (МНК) сначала была рассчитана по опытным данным таблица значений G/ h_с² [8].

По полученным значениям с помощью МНК определили коэффициенты линейной V² от зависимости A+BV².

По расчетным данным получена формула:

(9)

В таблице приведены значения h_с, рассчитанные по формуле (9) и данным, полученным опытным путем, а также относительные их различия в %, а также средние значения измерений глубины h_с укладки семян на дно бороздки, стандартные отклонения, коэффициенты вариации, а также нижняя и верхняя границы доверительных интервалов, %.

Таблица. Результаты лабораторно-полевых опытов по глубине укладки семян в бороздки

Анализ таблицы показывает, что стандартное отклонение по глубине укладки семян находится в пределах 0,38-*0,55 см, коэффициент вариации составляет 10,74-17,98%.

Максимальное различие данных составляет около 6%. В последней строке таблицы приведены разности h_Б-h_с. Отметим, что эта разность убывает с ростом скорости из-за подъема и более позднего осыпания почвы в бороздку и растет с увеличением давления прижатия сошника к почве G.

На рис. 2 приведен график зависимости глубины бороздок h_Б и глубины размещения семян h_с на дно бороздки, раскрываемой двухдисковым сошником с усеченно-конусными ребордами-бороздообразователями при изменении скорости движения V и давления прижатия сошника к почве G. Из графика видно, что с увеличением скорости движения двухдискового сошника глубина бороздок h_Б и глубина укладки семян h_с уменьшается. В то же время с увеличением давления на сошник глубина бороздок h_Б и глубина укладки семян h_с увеличиваются.

Рис. 2. График зависимости глубины укладки семян от скорости V и давления G; +h_Б - глубина бороздок ,формируемых сошником, h_с - глубина укладки семян

Недостатком формул (7) и (9) является то, что они не включают характеристики почв: К - коэффициент объемного смятия, - плотность почвы, f - коэффициент трения. Устранить недостаток формул (7) и (9) постараемся на примере трения двухдискового сошника о почву T_z. Выражение T_z по теоретическим исследованиям имеет вид:

T_z= Кfg(h, R, R₁…). (10)

Если бы мы построили формулу (10) для g(h_C, R, R₁…), то достаточно было ее умножить на . Можно поступить иначе: формулу для T_z умножить на Кf и разделить на принятое произведение Кf. Для различных почв К принимает значение от до Н/м³. Мы приняли для наших условий К=10⁶ , f =0,55. Следовательно, формула (10) принимает следующий вид:

Так как мы приняли плотность почвы =1200 кг/м³, а в D_z входит множителем v², аналогично получаем выражение для R_z, и D_z.

, (11)

.

Тогда F принимает следующий вид

.

Откуда получаем значение h_Б:

. (12)

Поступить аналогично с формулой для h_с мы не можем, так как она строится в том числе и на данных лабораторно-полевого опыта, и мы не можем отдельно выделить составляющие R_x и Т_х. Но динамическая составляющая видна - это 0,00687 V². Учитывая, что принятая нами плотность почвы составляет 1200 кг/м³, этот член запишется в виде .

При этом приходится ограничиться коэффициентом трения f=0,55 и принять:

. (13)

Заключение

На основании исследований определена зависимость глубины бороздки h_Б, раскрываемой двухдисковым сошником с нулевым углом атаки дисков с усеченно-коническими ребордами-бороздообразователями, от скорости движения и давления прижатия сошника к почве.

По результатам лабораторно-полевого опыта получена экспериментально-теоретическая зависимость глубины укладки семян зерновых культур экспериментальным сошником от скорости и давления на него.

Разности между глубиной раскрываемой бороздки и укладкой семян зерновых культур, определенные по теоретическим и экспериментально-теоретическим зависимостям, находятся в пределах 0,18-0,41см. При этом они уменьшаются с увеличением скорости и увеличиваются с возрастанием давления прижатия двухдискового сошника к почве.

Литература

1. Государственная программа устойчивого развития села на 2011-2015 годы - Минск, 2011 - 99с.

2. Петровец, В.Р. Обзор и исследование одно- и двухсрочных современных дисковых сошников / В.Р. Петровец, Н.В. Чайчиц, С.В. Авсюкевич // Вестник БГСХА. - 2009. - №1. - С. 152-158.

3. Петровец, В.Р. Исследование двухдисковой сошниковой группы на посеве зерновых культур / В.Р. Петровец [и др.] // Вестник БГСХА. - 2009. - №2. - С. 151-156.

4. Двухдисковый сошник: пат. 5026 Респ. Беларусь, МПК 7 А 01 С 7/00, / В.Р. Петровец, Н.В. Чайчиц, Н.И. Дудко, С.В. Авсюкевич; заявитель УО БГСХА. - № u200708654 заявл. 04.12.07; опубл. 12.11.08 // Афiцыйны бюл. / Нац. Центр iнтелектуал. уласнасцi. - 2007. - №3. - С. 156.

5. Двухдисковый четырехстрочный сошник: пат. 5803 Респ. Беларусь, МПК 7 А 01 С 7/00, / В.Р. Петровец, Н.В. Чайчиц, Н.И. Дудко, С.В. Авсюкевич; заявитель УО БГСХА. - № u200708654 заявл. 06.10.08; опубл. 16.04.09 // Афiцыйны бюл. / Нац. Центр iнтелектуал. уласнасцi. - 2008. - №4. - С. 192.

6. Петровец, В.Р. Теоретические исследования двухдискового сошника с коническими ребордами-бороздообразователями / В.Р. Петровец, С.В. Авсюкевич // Вестник БГСХА. - 2010. - №2. - С. 154-159.

7. Петровец, В.Р. Динамическое сопротивление двухдискового сошника с ребордами-бороздообразователями / В.Р. Петровец, С.В. Авсюкевич // Вестник БГСХА. - 2010. - №3. - С. 155-160.

8. Воднев, В.Т. Математический словарь высшей школы / В.Т. Воднев., А.Ф. Наумович, Н.Ф. Наумович. - Минск: Вышейшая школа, 1984. - С. 25-36.

9. Двайт, Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы / Г.Б. Двайт. - М.: Наука, 1977. - 254 с.

Размещено на Allbest.ru