INNOVATIVE UNIVERSAL CONE SEEDER

Full Text

Введение В настоящие время для высева семян зерновых колосовых культур (пшеница и др.) и пропашных культур (кукуруза, подсолнечник) используют разные, как по конструкции, так и по технологии, высевающие аппараты. Для высева зерновых колосовых культур применяются катушечные высевающие аппараты (рис. 1) [1]. Катушка 2 при вращении против часовой стрелки захватывает своими желобками семена и перемещает их в щель между ребрами катушки и клапаном. Затем семена поступают в семяпровод. Перемещение семян осуществляется в стесненном пространстве между корпусом и катушкой, что частично приводит к их повреждению. Для точного высева семян пропашных культур, как правило, используют пневматические высевающие аппараты, включающие вентилятор, пневмопроводы, камеры разрежения и высевающие диски. Для семян каждой пропашной культуры подбирают высевающие диски с определенным диаметром присасывающих отверстий [2]. Однако и при этом к отверстиям присасываются по два-три семени, что потребовало уставить на дисках счищатель лишних семян. Наиболее часто встречаются зубчатые счищатели лишних семян (рис. 2). Результаты исследований показывают, что коэффициент вариации шага высева существенно превышает требуемые 20 % и достигает 40-60 %. Наблюдаются двойники и пропуски. При этом, пропашные сеялки - секционные, что увеличивает их материалоемкость, сложность в обслуживании, осуществляется индивидуальная загрузка семенами малоемких бункеров каждой секции. Отсутствие универсального высевающего аппарата не позволяет разработать единую универсальную сеялку. Цель исследования Ообоснование инновационного технологического и технического решения универсального высевающего аппарата. Универсальный конусный высевающий аппарат Для точного высева семян обязательно должно быть наличие присасывающих отверстий или ячеек для западания в них семян. Непрерывный ряд отверстий и ячеек возможен на диске или на цилиндре. Пневматические дисковые высевающие аппараты не обеспечивают точность высева. Коэффициент вариации шага высева составляет 40-60 % [3, 4], тогда как по агротехническим требованиям он не должен превышать 20 %. Для перемещения материала нужен угол уклона. Эту функцию обычно выполняет вращающийся конус [5, 6]. Универсальный конусный высевающий аппарат представлен на рис. 3. Обоснованное техническое решение представляет собой усеченный прямой конус 1 (рис. 3, а), который заканчивается кольцами 2 и 3. Верхнее кольцо 3 соединено с бункером для семян 4, имеющим заслонку 5. На нижнем кольце 2 по всей окружности размещены сквозные ячейки 6. Перемычки 7 между ячейками имеют вид треугольника вершиной наружу. С торцевой стороны нижнего кольца установлена крышка 8, часть которой снабжена ободом 9, закрывающим ячейки 6 (см. рис. 3, б). На крышке 8 размещен хвостовик 10 (рис. 3, в), соединенный с сектором 11 (рис. 3, г), закрепленным неподвижно. На секторе 11 имеется криволинейный паз 12. Отверстие 73 на хвостовике 70 совмещают с криволинейным пазом 72. Крышка 8 при повороте вокруг горизонтальной оси может фиксироваться болтом через отверстие 73 и паз 72. Крышка 8 надета на приводной вал 74. На вал 74 надет также усеченный прямой конус 7. Для этого в центре тяжести усеченного прямого конуса 1 размещена втулка 75 (рис. 3, д) со спицами 76, которая винтом 77 крепится к приводному валу 74. Спицы 76 выполняют еще и функцию ворошилок. Конструктивные параметры конусного высевающего аппарата Диаметр верхнего основания усеченного прямого конуса 7 (входного отверстия) должен соответствовать условию: А ^ 3Cmax + dm, где С - максимальная длина семени, мм; max ' ' й?пв - диаметр приводного вала, мм. Из пропашных культур берутся наиболее распространенные: кукуруза и подсолнечник. Проведено определение размеров семян кукурузы и подсолнечника, где а - толщина, b -ширина, с - длина семени. Установлено для кукурузы: a = 4,0 мм; a = 5,0 мм; b = 7,6 мм; ср max ср b = 10 мм; c = 10,8 мм; С = 13 мм. Для max ср max подсолнечника: a = 3,7 мм; a = 4,0 мм; b = ср max ср = 6,5 мм; b = 8 мм; c = 12,0 мм; С = 13 мм. max ср max Исходя из этого, Cmax = 13 мм. Диаметр приводного вала <1пв = 15 мм. Отсюда D]t > 54 мм. У пропашных сеялок типа СУПН-8А используют высевающие диски с количеством присасывающих отверстий КО, равным 14 и 21. По аналогии принимают среднее значение количества ячеек 6 на нижнем кольце 2 (рис. 3) КО = 18. Ширина Ья ячеек 6 (рис. 3) должна ровняться максимальному значению ширины семени (кукуруза, подсолнечник): b = b = 10 мм, я max ' а длина 1Я ячейки 6 равна максимальному значению длины семени: L = С = 13 мм. Я max Суммарная ширина ячейки и перемычки: Ш = Ья + Шп = 10 = 4 = 14 мм. С учетом этого, диаметр нижнего основания усеченного прямого конуса 7: вдоль горизонтальной оси семян, называется критической (с-1). Это происходит при условии, когда: 2 D m (2 % ) ~2L=m S. :2,5 c-1. n После преобразования и упрощения данной зависимости: 2 g 4л2 D Максимальная рабочая частота вращения усеченного прямого конуса 7: Пmax = 0,8 UKV = 2c-1. Следовательно, необходимо работать при частоте вращения, не превышающей 2 с-1 (120 мин-1). Обеспечение точного пунктирного высева семян Количество высеваемых семян на одном погонном метре (шт/м) определяется по выражению: ^я n V а на одном гектаре (шт/га): 104 Kn Ш КЯ Получено: Dii = 80 мм. Длину L усеченного прямого конуса 7 определяют по следующей зависимости: L >-g- + 3Cmax, где r - радиус верхнего основания, мм; в - угол естественного откоса семян, град. Для пшеницы в = 35°. Тогда L = 80 мм. Угол между образующей усеченного прямого конуса 7 и горизонталью (угол конуса): tg« к = dd2LDDL; а к=9°. Ширина обода 9 крышки 8: где Ан - толщина обода кольца с ячейками, мм; А з - зазор между крышкой и нижним основанием, мм. Тогда ШО = 18 мм. Частота вращения икр усеченного прямого конуса, при которой прекращается движение M где V - скорость рабочего движения сеялки, м/с; n - частота вращения усеченного прямого конуса, с-1; Вм - ширина междурядий, м. Отсюда частота вращения усеченного прямого конуса, необходимая для высева требуемого количества семян на гектаре: n = - 104^я Обеспечение обычного (неупорядоченного) высева семян Его применяют при высеве семян зерновых колосовых культур (пшеница, ячмень, рожь). Высевающий аппарат должен высевать дозу семян Q , соответствующую норме высева, кг/га. Дозу высева семян определяют по формуле: Q = л D2VI ы -sln2(p lpn--------------------------- гГ, 2 VI 90 ) cosra Вм v / км где ф - угол трения семян по поверхности корпуса, град; p - насыпная плотность семян, кг/м3. м Например, при V = 3 -; ф = 19°, р = 800 с кг/м3, n = 1 c- , Вм = 0,15 м получим, что Q = 178 кг/га. При частоте вращения конуса n = 2 c-1 получим, что Q = 356 кг/га. Для регулирования дозы высева помимо частоты вращения усеченного прямого конуса 1 можно использовать скорость рабочего движения посевного агрегата Vn . Так, при V = 2 м/с, n = 2 c-1 получим Q = 480 кг/га. Операции с подбором частоты вращения усеченного прямого конуса удобно осуществлять с использованием графика (см. рис. 4). Технологический процесс работы универсального конусного высевающего аппарата осуществляем следующим образом. При точном высеве крышку 8 поворачивают вокруг горизонтальной оси и устанавливают обрез обода 9 под углом к горизонтальной плоскости, равным или незначительно превышающим угол фв внутреннего трения семян. Например, для семян кукурузы фв = 20° . В процессе работы семена из бункера 4 попадают в усеченный прямой конус 1. За счет сил трения семян о поверхность конуса 1 и наклона стенки конуса при вращении они перемещаются вдоль горизонтальной оси и достигают кольца 2 с ячейками 6. Семена 18 западают в ячейки 6 и удерживаются от выпадания ободом 9 крышки 8 (см. рис. 3, е). При подходе к обрезу обода 9 в ячейках остаются по одному семени, а остальные, лежащие на них, осыпаются под собственным весом. Семена оставшиеся в ячейках выпадают через обрез обода 9 (см. рис. 3, ж) в семяпровод. Толщина стенки усеченного прямого конуса составляет 0,6 толщины семени. Это обеспечивает захват перемычкой 7 только одного семени. Кроме того, перемычка 7 имеет вид треугольника, расположенного вершиной наружу. Это позволяет при выпадании семени не захватывать его и поднимать, а сбрасывать по наклонной стороне треугольника. За счет самоосыпания семян при заполнении ячеек, а не принудительной очистки, как это осуществляется сейчас в сеялках точного высева, исключается их повреждаемость. При высеве, например, семян пшеницы крышку 8 поворачивают вокруг горизонтальной оси хвостовиком 10 до тех пор, пока обод 9 окажется в верхнем положении; нижняя часть кольца 2 становится свободной (см. рис. 3, з), обод ее не закрывает. Семена при вращении усеченного прямого конуса 1 стекают с него, попадая в семяпровод 19 (см. рис. 3, и). Дозу регулируют частотой вращения усеченного прямого конуса 1. В процессе перемещения спицы 16 ворошат семена, не давая возможности им сгруппировываться в комочки. Количество подаваемых семян в усеченный прямой конус 1 регулируют заслонкой 5 [7]. Высевающий аппарат имеет небольшие размеры и прост по конструкции (см. рис. 3, к). Его очень удобно изготавливать с использованием аддитивных технологий. Заключение Предлагаемый конусный высевающий аппарат является единственным в мире аппаратом, обеспечивающим высев семян как зерновых колосовых, так и пропашных культур. Это позволит исключить из производства нетехнологичные секционные пропашные сеялки, оснащенные в большинстве своем компрессо- рами, пневматическими высевающими аппаратами со счищателями лишних присосавшихся семян, небольшими по объему бункерами для семян.

About the authors

N. E Rudenko

Stavropol State Agrarian University

Email: dnk713@mail.ru
DSc in Agriculture

E. V Kulaev

Stavropol State Agrarian University

Email: dnk713@mail.ru
PhD in Engineering

D. S Kalugin

Stavropol State Agrarian University

Email: dnk713@mail.ru
PhD in Engineering

P. A Popov

Stavropol State Agrarian University

Email: dnk713@mail.ru

References

Supplementary files