К теории дозирования семян пневматическим высевающим аппаратом избыточного давления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

К теории дозирования семян пневматическим высевающим аппаратом избыточного давления

В настоящее время в отечественных технологиях посева пропашных культур на замену вакуумным высевающим аппаратам точного высева [1] приходят аппараты, работающие на избыточном давлении. Основным достоинством этих аппаратов является возможность проведения посева с высокой равномерностью распределения семян на поле на больших скоростях движения сеялки, что диктуют все возрастающие агротехнические требования к возделыванию пропашных культур. Посевной агрегат в составе, которого используется сеялка, работающая на избыточном давлении, является высокопроизводительным и позволяет проводить посев в сжатые агротехнические сроки, что определяет в последующем получение высоких урожаев [2]. Разработка новых конструктивных параметров и технологических режимов работы высевающих аппаратов невозможна без правильного понимания процессов дозирования, которые для аппаратов, работающих на избыточном давлении, еще не достаточно изучены и имеют свои особенности.

На процесс транспортирования семян дозирующим элементом диска высевающего аппарата оказывает влияние множество факторов, в том числе избыточное давление, диаметр отверстий дозирующих элементов, частота вращения высевающего диска и другие [3, 4]. Для нахождения оптимальных параметров и режимов работы высевающего аппарата избыточного давления необходимо определить аналитическую зависимость величины избыточного давления в семенной камере от различных факторов, возникающих при транспортировании семян дозирующими элементами диска.

Рассмотрим один из этапов процесса дозирования высевающим аппаратом [5] - транспортирование единичного семени дозирующими элементами высевающего диска.

В основу теоретического исследования процесса транспортирования семян дозирующими элементами высевающего диска, положена модель сыпучего тела, предложенная исследователями Л.В. Гячевым и В.А. Богомягких. Учитывая их рекомендации, а также результаты предыдущих исследований, примем следующие допущения:

- все семена одинаковы по форме и размеру, и представлены в виде абсолютно твердых шаров с постоянным углом укладки в семенной камере высевающего аппарата;

- форма семян реального посевного материала учитывается с помощью коэффициента формы реальных семян k_ф, который для каждой культуры разный, а линейные размеры семян - длина, ширина и толщина - с помощью условного диаметра семени, определяемого по известной формуле

пропашной посев всасывающий аппарат

[6];

- линейные размеры семян значительно меньше габаритных размеров семенной камеры;

- угловая скорость высевающего диска постоянна;

- величина избыточного давления в семенной камере постоянно;

- проекция центра тяжести транспортируемого семени на плоскость высевающего диска совпадает с центром отверстия дозирующего элемента;

- при повороте семени на кромке дозирующего элемента, изменение расположения центра тяжести семени изменяется незначительно;

- масса всех семян одинакова.

При транспортировании единичного семени дозирующим элементом высевающего диска на него в продольно-вертикальной плоскости xoy, действуют сила тяжести mg, сила сопротивления воздуха R_С и центробежная сила U, которые относятся к совокупности сил, оказывающих сопротивление движению семени, транспортируемому дозирующим элементом. Так как каждая из них стремится сбросить захваченное семя из отверстия высевающего диска.

На рисунке 1 представлена схема сил, действующих на единичное семя при транспортировании его дозирующим элементом высевающего диска аппарата.

Рис. 1. Схема сил, действующих в продольно-вертикальной плоскости xoy на единичное семя, транспортируемое дозирующим элементом

Определим силу общего сопротивления F_С, действующую на семя при транспортировании, по следующей формуле

,

где F_CX - сила общего сопротивления F_С в проекции на ось x; F_CY - сила общего сопротивления F_С в проекции на ось y.

Определим составляющую силы общего сопротивления F_С в проекции на ось x

,

где г - угол поворота диска высевающего аппарата по горизонтали, рад; m - масса семени, кг; g - ускорение свободного падения, g=9,81 м/с².

Определим составляющую силы сопротивления F_С в проекции на ось y

,

где U - центробежная сила, Н.

Тогда общая сила сопротивления F_С

. (1)

Известно, что сила сопротивления воздуха определяется по формуле , а центробежная сила равна [7]. Подставляя в формулу (1) значения U и R_C, получим

. (2)

где k_П - коэффициент парусности семени, м^-1; R - радиус окружности центров отверстий дозирующих элементов высевающего диска, м; щ - угловая скорость высевающего диска, с^-1.

Кроме того, на единичное семя, захваченное дозирующим элементом высевающего диска, оказывает воздействие сила избыточного давления P_ТР, которая удерживает его при транспортировании дозирующим элементом высевающего диска.

Из рисунка 2 видно, что сила избыточного давления P_ТР и сила общего сопротивления F_С, создают моменты относительно точки А. Если момент силы избыточного давления P_ТР будет недостаточен, то рассматриваемое семя может развернуться на кромке отверстия дозирующего элемента вокруг точки А по направлению действия силы общего сопротивления F_С

Момент силы трения семени F_тр о поверхность высевающего диска и момент силы реакции опоры N высевающего диска на семя относительно точки А отсутствуют. Это связано с тем, что линия действия данных сил проходит через точку А.

Из уравнения равновесия моментов сил относительно точки А определим силу избыточного давления P_ТР

. (3)

Из рисунка 2 видно, что треугольник ДАМВ прямоугольный. Следовательно, стороны равны и .

Рис. 2. Схема сил, действующих на семя при повороте на кромке дозирующего элемента в поперечно-вертикальной плоскости высевающего диска

Так как , то, подставляя значения и и преобразуя, определяем длину стороны

. (4)

Подставляя значения и из (4) в выражение (3) и преобразуя, получим

. (5)

где d_отв - диаметр отверстия дозирующего элемента высевающего диска, м; r_сем - условный радиус семени, м; d _сем - условный диаметр семени, м.

Подставляя значение силы общего сопротивления F_С из формулы (2) в формулу (5) и преобразуя, определим силу избыточного давления воздуха Р_ТР необходимую для гарантированного удержания и транспортирования одного семени дозирующим элементом

. (6)

Так как величину давления воздуха р_ТР в семенной камере пневматического высевающего аппарата определяют по известной формуле [8], то подставляя значение силы избыточного давления Р_ТР из формулы (6) в данное выражение и преобразуя, получим выражение для определения давления воздуха р в семенной камере пневматического высевающего аппарата избыточного давления необходимого для гарантированного удержания и транспортирования единичного семени дозирующим элементом высевающего диска к месту сброса в сошник сеялки.

. (7)

где р_ТР - давление воздуха в семенной камере аппарата избыточного давления, Па; k - эмпирический коэффициент, определяемый экспериментально и зависящий от высеваемой культуры, для пропашных культур данный коэффициент находится в пределах k = 0,35-1,55 [9, 10].

На основе полученной зависимости (7) были построены графики теоретической зависимости величины избыточного давления р в семенной камере пневматического аппарата избыточного давления от угла поворота высевающего диска г (рис. 3) и от диаметра отверстий дозирующих элементов высевающего диска (рис. 4).

Рис. 3. График теоретической зависимости избыточного давления р от угла поворота высевающего диска г (щ = 0,8 с^-1, d_отв = 4 мм)

Рис. 4. График теоретической зависимости избыточного давления р от диаметра отверстий высевающего диска d_отв (щ = 0,8 с^-1, г= 1,5 рад)

Проанализировав полученную зависимость (7) и графики, представленные на рисунках 3 и 4 можно сделать следующие выводы:

- увеличение диаметра отверстий дозирующих элементов высевающего диска приводит к значительному уменьшению давления, необходимого для транспортирования семени;

- с увеличением угловой скорости высевающего диска повышается величина давления, необходимого для гарантированного удержания и транспортирования единичного семени дозирующим элементом;

- изменение угла поворота г высевающего диска оказывает незначительное влияние на величину давления необходимого для транспортирования семени.

Литература

1. Скурятин Н.Ф., Мерецкий С.В. Совершенствование процесса посева зерновых на склоновых почвах [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2012, №1 - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n1y2012/662 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

2. Рылякин, Е.Г. Обзор технических средств приготовления плющеного зерна, представленных на российском рынке сельхозтехники [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2013, №3 - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1954 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

3. Karayel D., Barut Z.B., Цzmerzi A. Mathematical Modelling of Vacuum Pressure on a Precision Seeder [Text] // Biosystems Engineering. - 2004. - №87 (4). - pp. 437-444.

4. Singh, R.C., Singh G., Saraswat D.C. Optimization of design an operational parameters of a pneumatic seed metering device for planting cottonseeds [Text] // Biosystems Engineering. - 2005. - №92 (4). - pp. 429-438.

5. Попов, А.Ю. Совершенствование конструкции пневматического высевающего аппарата избыточного давления [Текст] // Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. - 2009. - №4. - С. 76-79.

6. Богомягких, В.А. Анализ работы дозирующей системы зерновой сеялки с централизованным высевом [Текст] / В.А. Богомягких - Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГАА, 2005. - 85 с.

7. Тарг, С.М. Краткий курс теоретической механики [Текст] / С.М. Тарг - М.: Высш. шк., 2004. - 416 с.

8. Будагов, А.А. Точный посев на высоких скоростях [Текст] / А.А. Будагов. - Краснодар: Кн. изд-во, 1971. - 140 с.

Размещено на Allbest.ru