Разработка и исследование устройства для высева семян разбросным способом

Одним из факторов повышения урожайности сельскохозяйственных культур является применение высокоэффективных технологических процессов посева и посевных машин [1-5]. Применяемые рядовые способы посева не в полной мере отвечают особенностям горного и предгорного сельского хозяйства и не обеспечивают наилучшие условия для реализации потенциальной продуктивности горных кормовых угодий [6, 7].

Оптимальным способом посева сельскохозяйственных культур считается равномерное размещение семян по площади питания. Такие условия может обеспечить посев с помощью дискового высевающего аппарата.

Предлагаемое устройство [8] (рис. 1, а) содержит раму 1, опорные колеса 2 и технологическую емкость 3 для семян и удобрений. На днище технологической емкости 3 размещен механизм 4 подачи семян и удобрений, а также для их дозирования в зависимости от требуемой нормы высева. Два разбрасывающих рабочих органа выполнены в виде центробежных дисков 5 с лопатками 6. Центробежные диски 5 приводятся во вращательное движение посредством гидромоторов 7 и 8. Туконаправитель 9 потока семян и удобрений установлен над центробежными дисками 5 неподвижно в поперечном направлении, а в верхней части оборудован регулируемым по высоте упором 10, который может быть выполнен в виде ролика. Положение упора 10 по высоте регулируется винтовым механизмом 11. На упор 10 опирается профильная дорожка 12, жестко закрепленная на дозирующей заслонке 13 (рис. 1, б).

Рис. 1. Устройство для высева семян разбросным способом

Дозирующая заслонка 13 установлена в направляющих 14 с возможностью вертикальных перемещений и поджимается к упору 10 упругими элементами 15. Корпус первого гидромотора 8 жестко закреплен в раме 1, корпус второго гидромотора 7 прикреплен на одном конце с помощью оси 16 к раме 1 с возможностью поворота, а на другом конце тягой 17 шарнирно соединяется с плечом рычага 18. Рычаг 18 шарнирно соединен со штоком 19 гидроцилиндра 20, связанного маслопроводами 21 с золотниковым гидрораспределителем 22 гидросистемы устройства.

Шток золотникового гидрораспределителя 22 через ролик 23 опирается на прямолинейный кулачок 24, который жестко закреплен на ползуне 25. Ползун 25 проходит с зазором через отверстие упорного кольца 26, зафиксированного неподвижно на раме 1. Между упорным кольцом 26 и прямолинейным кулачком 24 установлена пружина 27. На конце ползуна 25 закреплен ролик 28, который перекатывается по поверхности прямолинейного кулачка 29. Прямолинейный кулачок 29 установлен неподвижно на толкателе 30, на одном конце которого шарнирно закреплено копирующее колесо 31. Копирующее колесо 31 имеет постоянный контакт с поверхностью почвы за счет сил упругости пружины 32, установленной между опорной шайбой 33, жестко закрепленной на толкателе 30, и упорным кольцом 34. Упорное кольцо 34 зафиксировано неподвижно на раме 1.

При работе на горизонтальном участке (рис. 1, а) семена трав или удобрение из технологической емкости 3 посредством механизма подачи 4 подаются на центробежные диски 5 с лопатками 6 и разбрасываются вправо и влево от оси движения на одинаковое расстояние. При этом шток 19 (рис. 1, б) гидроцилиндра 20 занимает крайнее нижнее положение, удерживая рычаг 18 и тягу 17 в положении, при котором оси валов гидромоторов 7 и 8 расположены вертикально. Шток золотникового гидрораспределителя 22 в этом случае находится в крайнем нижнем положении, соответствующем максимальному ходу ползуна 25 вправо.

Туконаправитель 9 потока семян и удобрений на разбрасывающие рабочие органы зафиксирован в среднем положении, и на оба центробежных диска 5 поступает одинаковая масса семян или удобрений. Поскольку туконаправитель 9 потока семян и удобрений зафиксирован в среднем положении, то и упор 10 находится в средней части профильной дорожки 12. Дозирующая заслонка 13 посредством упругих элементов 15 находится в нижнем положении. Норма внесения семян трав и удобрений зависит от положения упора 10, которое регулируется винтовым механизмом 11.

При внесении семян трав или удобрений на склонах переменной крутизны (рис. 1, б) копирующее колесо 31 вместе с шарнирно связанным с ним толкателем 30 и установленным на нем неподвижно прямолинейным кулачком 29, а также с опорной шайбой 33, поднимаются вверх. При этом сжимается пружина 32, а ролик 28 перекатывается по поверхности подъема прямолинейного кулачка 29, перемещая на соответствующую величину ползун 25 влево. Вместе с тем пружина 27 сжимается, и ролик 23 перекатывается по поверхности прямолинейного кулачка 24 к оси ползуна 25, а шток золотникового гидрораспределителя 22 перемещается вверх. Вследствие этого масло из корпуса золотникового гидрораспределителя 22 направляется под давлением в штоковую полость гидроцилиндра 20. При этом шток 19 втягивается внутрь гидроцилиндра 20, поворачивая через рычаг 18 и тягу 17 гидромотор 7 с центробежным диском 5 на угол, соответствующий крутизне склона.

При уменьшении крутизны склона копирующее колесо 31 вместе с шарнирно связанным с ним толкателем 30 опускаются вниз под воздействием силы упругости пружины 32, что приведет к соответствующему снижению угла наклона гидромотора 7 с центробежным диском 5.

Таким образом, конструкция устройства позволяет автоматически подбирать угол наклона разбрасывающего рабочего органа в зависимости от крутизны склона, и тем самым отпадает необходимость заезда транспортного средства на горный склон при подсеве трав и внесений удобрении. Вследствие этого исключается возможность опрокидывания транспортного средства при выполнении технологических операций. Кроме того, устройство может быть использовано и для внесения удобрений на горных склонах в районах распространения тропинчатой эрозии.

Анализ результатов исследования дисковых разбрасывателей показывает, что они требуют дальнейшего совершенствования. Рассмотрим две конструкции дисковых разбрасывателей (рис. 2 и 3). Уравнение движения частицы семян в обоих случаях имеет один и тот же вид, поскольку действующие силы одни и те же:

- центробежная сила инерции:

где: - масса семян, м; - угловая скорость вращения высевающего диска, с^-1; - радиус высевающего диска, м;

- кориолисова сила инерции;

где - относительная скорость частицы, м/с;

- сила сопротивления частицы о поверхность диска:

где - угол трения;

- силы трения, вызванные указанными силами.

Кинематическое уравнение движения частицы в проекции на ось имеет вид:

или

где (для рис. 2); (для рис. 3); - коэффициент трения скольжения.

При начальных условиях уравнение имеет следующее решение (для рис. 2):

Относительную скорость найдем из уравнения (6) как его производную по времени:

Чтобы воспользоваться параметрической формулой (7), необходимо графически решить уравнение (6) при условиях: :

Точка пересечения кривых слева и справа в последнем выражении позволит определить время , в течение которого частица движется на диске. Переносная скорость частицы, покидающей диск, имеет простой вид:

Для расчета абсолютной скорости частицы у кромки диска следует учесть скорость механизма транспортирующего диска (рис. 4):

Уравнение движения частицы, покинувшей диск, в проекциях на оси и имеет вид:

где - коэффициент лобового сопротивления воздуха, равный 0,24 ^. 10^-4 кг/м.

Параметрическое решение уравнения (12) выглядит так:

При условии (рис. 5) получим дальность l полета частицы:

Если кромку диска снабдить приспособлением, направляющим абсолютную скорость частицы под углом в к горизонту (рис. 6), то вместо (13) получим новую расчетную формулу.

Частица, покидая диск под углом к горизонту, будет обладать меньшей скоростью из-за удара в точке С изменения направления скорости (рис. 7), в которой имеет место выражение:

где: ; - реактивный импульс силы, вызванный скачком скорости в точке С, который перпендикулярен скорости:

Таким образом, высевающий диск можно сконструировать несколько иначе, чем существующий.

Представляет интерес конструкция диска, приведенная на рис. 8, где в разных секциях (О, I, II, III) кромка диска изменяет направление абсолютной скорости под разными углами к горизонту - от 0 до в₁, в₂, в₃.

Рис. 8. Конструкция диска с секторально отогнутой кромкой

Дальность полета частицы в этом случае примет вид:

где i = 0, 1, 2, 3; .

Ширину L охватываемой полосы засеивания можно рассчитать по формуле:

где - диаметр высевающего диска, м.

Абсолютная скорость частицы равна:

В общем случае:

для правой части оси z. Для левой части от этой оси будет иметь место другое выражение:

При и имеем: . Но в случае, когда величина будет такого же порядка, как и две другие, то (17) примет вид:

Для абсолютная скорость равна:

В заключение отметим следующее: спектру углов 0, в₁, в₂, в₃ будет соответствовать такой же спектр разброса частиц семян, что обеспечит более равномерное рассеивание охватываемой полосы. Для того, чтобы обеспечить эффективную работу предлагаемой конструкции высевающего диска, необходимо, чтобы устройство двигалось со скоростью, сравнимой с и .

Полученные теоретические зависимости позволили обосновать рациональные параметры и режимы работы устройства для высева семян разбросным способом: окружная скорость вращения высевающего диска - 12…14 м/с, скорость передвижения агрегата - 2,5…3,0 м/с, высота расположения диска - 0,3…0,4 м.