Modernization of СЗ-3,6А seeder for operation by energy-saving technologies

Abstract

Construction of accessory to СЗ-3,6А drill seeder intended for its technological capabilities enlargement is described. The modernized seeder provides seed sowing into soils cultivated by different ways, namely conventional, minimum tillage and no-tillage ones.

Full Text

УДК 631.331.5 ТСМ № 9-2014 Модернизация сеялки СЗ-3,6А для работы по энергосберегающим технологиям Канд-ты техн. наук В.П. Горобей, В.А. Лузин (НПО «Селта», г. Симферополь, nposelta@rambler.ru) Аннотация. Описана конструкция приставки к рядовой сеялке СЗ-3,6А для расширения ее технологических возможностей. Модернизированная сеялка обеспечивает высев семян в традиционно подготовленную почву, почву с минимальной обработкой и без предварительной обработки. Приведены расчеты и пути повышения усилия вдавливания комбинированных сошниковых узлов для сева по энергосберегающим технологиям. Ключевые слова: сеялка, рама, пластинчатая пружинная подвеска, зубчатый разрезающий диск, гидравлическая система трактора, сошник, усилие вдавливания. Рыночная экономика предъявляет повышенные требования к сельхозпроизводителям. Выращиваемая продукция должна быть не только качественной, но и конкурентноспособной. Значительную часть затрат в структуре себестоимости зерна занимает обработка почвы. Основная ее функция заключается в оптимизации плотности и структуры почвы. Выбирая способ обработки, необходимо помнить, что целью производства должно быть не получение урожая любой ценой, а достижение минимальной себестоимости продукции с сохранением плодородия почвы. На почвах, равновесная плотность которых близка к оптимальной, т.е. не превышает 1300 кг/м3, при наличии достаточного количества удобрений и пестицидов обработка может быть сведена к минимуму. Почвам «хлебного пояса» Крыма срочно требуется восстановление плодородия. Упадок животноводства не позволяет использовать для этой цели органические удобрения. Установлено, что мульчирование почвы измельченной соломой с обязательным внесением достаточного количества азотних удобрений не только возобновляет плодородие, но и сохраняет влагу. При применении такой технологии всходы высеянной культуры могут быть гарантированно получены, если каждое зерно будет контактировать с влажной почвой под слоем мульчи, поэтому желательно иметь сеялку прямого сева. Общеизвестно, что главное препятствие для широкого внедрения таких технологий - высокая стоимость специальных сеялок. Штатные двухдисковые сошники, которыми укомплектованы сеялки модельного ряда СЗ-3,6, не способны проникать через мульчированный слой. В результате высеянное зерно находится над мульчой и контактирует не с почвой, а с растительными остатками в слое почвы, из-за чего появляются жидкие и слабые всходы. Разработаны специальные приспособления и комбинированные сошники к рядовым сеялкам, определены их механико-технологические параметры [1], однако оппоненты использования сеялок СЗ-3,6 для прямого сева в качестве аргумента ссылаются на недостаточную их массу. Придавливающее усилие разных типов сошниковых групп сеялки в зависимости от условий сева значительно отличается. Так, при севе в минимально обработанную почву сеялкой Cirrus (Amazone) оно составляет 500 Н, сеялкой HT (Great Plains) - от 400 до 800 Н, при непосредственном севе в необработанную почву - от 500 до 2000 Н [2]. Вместе с тем, в фермерских хозяйствах Крыма, где почвы подвержены ветровой эрозии, получить устойчивые урожаи зерна можно только с применением прямого посева. Здесь, не дожидаясь научных рекомендаций, в условиях хозяйств начали изготавливать и применять сеялки прямого посева. Введены и продолжают вводиться в эксплуатацию различные по конструкции самодельные посевные агрегаты [3]. Наибольшее распространение (например в Сакском р-не) получили сеялки с анкерными сошниками. Задачу прямого сева в стерню эти агрегаты решают успешно. Основной их недостаток состоит в том, что приходится изготавливать новую по конструкции сеялку с использованием лишь некоторых деталей и узлов сеялки СЗ-3,6, в частности семенных ящиков с высевающими аппаратами. Наладить серийное производство таких сеялок довольно сложно, к тому же заводская себестоимость их изготовления будет высокой, а реализационная цена - неподъемной для большинства фермеров Крыма. Не прекращаются попытки модернизировать наиболее распространенную и доступную сеялку модельного ряда СЗ-3,6 для посева в необработанную почву с применением дополнительных устройств. Лозовский кузнечно-механический завод изготавливает небольшими сериями и под заказ приставку прямого сева ППС-3,6, оснащенную разрезающими волнистыми дисками производства компании Belotta. Посевной агрегат, состоящий из приставки ППС-3,6 и сцепленной с ним сеялки СЗ-3,6А, пригоден для высева семян зерновых культур в необработанную почву. Недостаток такого агрегата - несовпадение траекторий движения разрезающих дисков и дисковых сошников сеялки, в особенности на старых сеялках и криволинейных траекториях, а также вследствие нежесткого крепления сеялки к приставке. Наиболее удачное техническое решение найдено в фермерском хозяйстве «Максим» Запорожской обл.: приставку с разрезающими дисками расположили на раме самой сеялки СЗ-3,6А. Приспособление вполне работоспособно, затраты на изготовление невысоки [3]. Для изготовления волнистых дисков использованы стандартные диски и ступицы двухдискового сошника, а в качестве заглубляющих пружин - ранее выпускавшиеся пружинные стойки культиватора. Поскольку в настоящее время такие стойки не выпускаются, предложена несколько иная конструкция встроенной приставки прямого сева (рис. 1). Приставка включает подвешенный на подрамнике 1 с возможностью поворота в подшипниках скольжения 2 квадратный вал 3, к нижней части которого приварены поводковые призмы 4 и поворотные рычаги 5. К поводковым призмам с помощью стремянок 6 прикреплены листовые пружинные устройства 7, жестко связанные с рамками попарно установленных вращающихся зубчатых дисков 8. Свободные концы поворотных рычагов шарнирно скреплены с нижними головками регулировочных винтов 9, верхние головки которых, в свою очередь, шарнирно крепятся к подъемным рычагам 10, жестко установленным на первом валу 11 подъема и заглубления сошников 12 сеялки. Рабочий процесс протекает следующим образом. Перед началом рабочего хода посевного агрегата сошники и разрезающие диски устанавливаются по возможности на одной линии. Затем они опускаются в крайнее нижнее положение, причем рычаг гидрораспределителя гидравлической системы трактора фиксируется в положении «принудительное опускание». Во время движения разрезающие диски готовят черновую семенную бороздку, перерезая попадающиеся пожнивные остатки. Движущиеся следом дисковые сошники легко проникают в подготовленную почвенную бороздку и укладывают семена на заданную глубину. Семена заделываются самоосыпанием почвы и при воздействии загортачей. Регулировка глубины черновой семенной бороздки осуществляется изменением длины регулировочных винтов и жесткости пружинного устройства. Жесткость устанавливается изменением длины первого листа пружинного устройства, который передвигается относительно поводковой призмы при ослаблении затяжки стремянок. При необходимости жесткость может быть значительно увеличена установкой пакета листов. Оппоненты использования сеялок СЗ-3,6А для прямого посева в качестве аргумента ссылаются на недостаточный вес сеялки. При использовании встроенной приставки это утверждение верно лишь отчасти. Рассмотрим упрощенную схему действия сил в виде нагруженной двухопорной балки (рис. 2). Исходя из размеров сеялки и конструкции приставки, принимаем длину отрезков АС = 1,25 м; ВС = 0,85 м. В данном случае рассматриваем только реакцию в точке В, которая не должна превышать вес сеялки. Известным способом решаем уравнения равновесия балки и находим, что RB = 0,6Pвд , или Pвд = 1,33RB. С учетом того, что масса сеялки примерно 1500 кг, усилие вдавливания составит 19 950 Н, или по 830 Н на диск. Стоит напомнить, что масса приставки прямого сева ППС-3,6 к сеялкам СЗ-3,6 составляет 1920 кг. Можно увеличить усилие вдавливания на 1500 Н, закрепив балластный груз массой 300 кг (например мешки с песком) на подножке сеялки. В этом случае некоторые детали сеялки следует усилить. Рассчитаем усилие вдавливания, развиваемое штатным гидроцилиндром через систему рычагов подъема-опускания дисков приставки. Введем следующие обозначения: Dц - внутренний диаметр гидроцилиндра; dш - диаметр штока гидроцилиндра; lрпс - длина плеча рычага подъема первого вала подъема и заглубления сошников; lрп - длина плеча рычага подъема дисков; lпр - длина плеча поворотного рычага; lвд - длина плеча действия силы вдавливания. Конструкционно lрпс = lрп. Давление масла в гидросистеме трактора р = 10 МПа; lпр = 0,43 м; lвд = 0,2 м. Используя известные формулы для вычисления площади кольца и усилия действия жидкости на поршень цилиндра, а также принимая kвд = lпр / lвд , приближенно получим: Рвд = 0,7854kвдр(Dц + dш)(Dц - dш) = 84 430 Н. Усилие на штоке гидроцилиндра, расходуемое на заглубление сошников, при давлении на поводок сошника штатной пружиной до 150 Н и коэффициенте передачи усилия системы рычагов заглубления, равном 1,14, составит 3150 Н. Тогда усилие вдавливания, которое может быть реализовано на дисках, составит 77 650 Н, или 3230 Н на один диск. Предыдущим расчетом установлено, что усилие вдавливания без балластного груза не должно превышать 19 950 Н. В этом случае общее усилие на штоке гидроцилиндра не превысит 12 430 Н. Проверим прочность первого вала подъема и заглубления сошников на срез при кручении. Крутящий момент при lрпс = 0,16 м составит 1988,8 Н·м. Момент сопротивления сечения вала диаметром dв = 0,04 м: Wk = 0,2dв3 = 12,8·10-6 м3. С учетом того, что вал нагружен с двух сторон рычага приблизительно равномерно, возникающие напряжения составят 77,7 МПа. Наибольшие допускаемые напряжения для стали Ст45 с учетом небольшой динамичности нагрузок составляют 120 МПа [4]. Поскольку согласно условию прочности действительные напряжения должны быть не больше допускаемых [5], при напряжениях до 110 МПа можно увеличить усилие вдавливания дисков до 4450 Н, или до 1294 Н на один диск. Принимая во внимание результаты приведенных выше расчетов, приходим к выводу, что ограничивающим фактором для дальнейшего увеличения усилия вдавливания служит прежде всего диаметр вала подъема и заглубления сошников, а также масса сеялки.