Обгрунтування конструктивних параметрів апарату точного висіву зернових культур

Великий науковий вклад в розвиток посівної техніки внесений Желіговським В. О., Василенком П. М., Карпенком А. М., Летошневим М. М., Семеновим О. М. Ймовірносний характер і закономірності посіву вивчались Басіним В. С., Вересом С. В., Лурьє А. Б., Кардашевським С. В. По точному посіву відомі роботи Рудакова Т. М., Беляєва Е. О., Журавльова Б. І. Суттєвий внесок в теорію і розробку посівної техніки внесли Ма С. А., Чичкін В. П., Комарістов В. Ю., Сисолін П. В. та інші вчені.

Висів насінин – є складний процес, який залежить від багатьох факторів роботи апарату, а також форми та властивостей насінин висіваємої культури. Нагальним в останні роки постає питання підвищення швидкості посіву, як основного чинника збільшення продуктивності, а, значить, і скорочення термінів проведення посівних робіт. Аналіз теоретичних робіт по посівним апаратам показав, що недостатньо уваги приділяється проблемі присмоктування одиничної насінини, що, в кінцевому результаті, не дозволило забезпечити необхідну точність висіву, особливо при підвищених швидкостях посіву.

Таким чином, для розробки апаратів точного висіву зернових виникає необхідність проведення додаткових досліджень по виявленню і конструктивній реалізації процесів присмоктування, руху в апараті, та вивантаженню і переміщенню насінин до моменту попадання їх в борозну.

Розділ 2. “Теоретичне дослідження пневматичних висіваючих апаратів для однозернового висіву зернових культур”.

Робота висівного апарата характеризується слідуючими основними стадіями: захоплення насіння, переміщення до зони вивантаження, вивантаження в приймальний пристрій.

Для визначення механізму присмоктування розглянемо взаємодію одиничної насінини з отвором диску висівного апарату.

Процес захоплення насінини диском можна розглядати як безперервний, обумовлений поступовим нарощуванням зони контакта з присмоктувальним отвором. Відносний рух отвору і насінини представляємо в двох системах координат – нерухомій (XOY), зв’язаній з насіниною, і рухомій (X1O1Y1), зв’язаній з отворм диска (рисунок 1).

Характерними точками контактної взаємодії зерна (еліпса) з отвором (колом) є точки їх перетину А і Б. Координати цих точок визначаються внаслідок спільного рішення рівняння кола і еліпса. Отримана координата Х точок А і Б встановлює межі інтегрування при визначенні площі перекриття зерном отвору:

Рівняння (2 – 4) описують процес присмоктування і є його детермінованою математичною моделлю. Зусилля присмоктування залежить від багатьох геометричних і кінематичних параметрів висівного апарату і форми насіння. Практичний інтерес для конструювання представляє вивчення їх впливу на присмоктувальну силу.

Захоплення насіння відбувається за досить короткий проміжок часу (рисунок 2, крива 1). При цьому, як видно із отриманих залежностей, зусилля присмоктування змінюється за нелінійним законом: спочатку воно зростає швидко, а потім, при подальшому русі присмоктувального отвору, зростання поступово уповільнюється. Така його зміна обумовлена еліпсною формою насінини, коли в зону присмоктування входять нові її частини і нарощування площі пересічення з круглим отвором здійснюється спочатку більш інтенсивно.

Значний вплив на величину зусилля присмоктування має радіус присмоктувального отвору (рисунок 2, крива 2). Навіть незначне збільшення радіуса суттєво збільшує зусилля захоплення. При цьому увесь процес присмоктування зміщується в зону менших часових інтервалів. Причому, збільшення зусилля присмоктування обумовлено не тільки збільшенням площі кола, але і зміною межі його пересічення з еліпсним профілем насіння. В результаті площа пересічення (а значить і зусилля присмоктування) зростає значно швидше.

Вплив форми насінин різних культур враховується величинами параметрів вісів еліпса (a i b). Зміна значень присмоктувальної сили при захопленні насінин основних зернових культур (пшениці, вівса, ячменю, жита) наведена на рисунку 3.

Аналіз отриманих залежностей показує, що інтенсивність присмоктування насіння суттєво залежить від його геометричної форми і орієнтації відносно отвору.

Найбільшою крутизною нарощування сили в початковий момент захоплення відзначаються насінини пшениці і ячменю. Більш витягнуті насінини жита і вівса (рисунок 3, криві 1 і 4) захоплюються повільніше, ніж насінини пшениці і ячменю (рисунок 3, криві 2 і 3). Особливий вплив тут має кривизна у вершинах більших вісей насінини.

Враховуючи, що швидкопротікаючий процес присмоктування буде ефективніше здійснюватись на менших швидкостях присмоктування, доцільно спрямувати насінину для захоплення більш гострою поверхнею вперед, тобто більшою віссю еліпса в напрямку вектора швидкості руху.

Умова утримання насінини присмоктуючим отвором в загальному вигляді може бути записана векторним рівнянням:

Сила опору діє тільки в секторі подачі насінини (рисунок 4).

Підставивши значення складових в рівняння (5) після відповідних операцій з векторами сил та алгебраїчних перетворень умову утримання насіння можна записати в кінцевому вигляді:

Аналіз умови утримання насіння показує, що результуюча від дії складових зусиль змінюється по складному періодичному закону. Це дає можливість раціонально вибрати фази присмоктування і вивантаження насінин.

Вивантаження насіннин відбувається шляхом зняття присмоктуючої сили, подальшим відокремленням їх від диска і рухом по деякій криволінійній траекторії (рисунок 5), яка обумовлена дією гравітаційної сили G і початковою швидкістю руху V.

Якщо не враховувати опір повітря, який при швидкостях обертання висівного диску незначний, то в першому приближенні, достатньому для практичних розрахунків, система диференційних рівнянь руху може бути записана у вигляді:

Інтегруючи кожне рівняння двічі, після відповідних перетворень, рівняння траекторії руху можна записати