Титульный лист и исполнители
РЕФЕРАТ
Почвообрабатывающий посевной агрегат, посевной комплекс, посев различных культур, секционная рама, однотипные модули., ширина захвата, ширина междурядья, глубина посева, посевная секция, сменные сошники, металлоемкость, тяговое сопротивление, производительность.
Объектом научно-исследовательской работы является технологический процесс работы почвообрабатывающего посевного агрегата (посевного комплекса) при посеве различных сельскохозяйственных культур с соблюдением агротехнических требований.
Целью научно-исследовательской работы является разработка конструктивной схемы и обоснование параметров почвообрабатывающего посевного агрегата (ППА) с пневматическим высевом семян, для тракторов класса тяги 5, обеспечивающего высокие количественные, качественные и экономические показатели при посеве зерновых и кормовых культур различными способами в разных почвенно-климатических условиях.
Задачи работы: 1) Разработать конструктивную схему ППА и посевной секции с различными типами сошников для посева семян, зерновых и кормовых культур в разных почвенно-климатических условиях. 2) Обосновать конструктивные параметры ППА для агрегатирования с тракторами класса тяги 5. 3) Обосновать конструктивные параметры посевной секции с различными типами сошников (анкерные, дисковые, килевидные, лаповые, Т-образные) с возможностью посева на разную глубину. 4) Обосновать тип и параметры пневматической системы, дозаторов и распределителей семян и удобрений. 5) Разработать 3D модель и чертежную документацию ППА для тракторов класса тяги 5. 6) Передать чертежную документацию в ООО «Челябинский компрессорный завод» и изготовить опытный образец ППА. 7) Провести предварительные испытания макетного образца ППА в производственных условиях. 8) Доработать чертежную документацию в соответствии с полученными замечаниями. 9) Написать научно-технический отчет по выполненной работе и дать рекомендации по дальнейшему совершенствованию.
Разработаны конструктивные схемы и обоснованы параметры ППА и посевной секции с различными типами сошников для посева зерновых и кормовых культур в разных почвенно-климатических условиях. Представлены результаты расчетов, позволяющие выбрать параметры ППА для тракторов класса тяги 5, системы дозирования и пневматической системы распределения семян и удобрений ППА. По результатам расчетов разработана чертежная документация и изготовлен макетный образец ППА и проведены экспериментальные исследования, которые показали работу ППА с соблюдением агротехнических требований. По результатам научно-исследовательской работы даны рекомендации по дальнейшему совершенствованию ППА.
ВЕДЕНИЕ
Почвенно-климатические условия зоны Урала и других регионов России разнообразны. Они отличаются друг от друга величиной положительных температур и осадков в течении года и в вегетационный период; характером рельефа поля; типом и свойствами почв; подверженности почв различным видом эрозии (водной, ветровой, механической) и другими факторами. Результаты исследований и производственный опыт показывает, что в зависимости от этих факторов и требований высеваемых зерновых, кормовых и технических культур в хозяйствах зоны должны быть использованы различные способы их посева, создающие условия для роста и развития растений и получения высоких урожаев. Кроме того, почвообрабатывающие посевные агрегаты (ППА) должны иметь малое тяговое сопротивление, большую производительность, должны быть комбинированными и универсальными с возможностью посева различными способами и на различную глубину, при одновременном выполнении агротехнических требований.
Существующие ППА имеют различную конструктивную схему, не всегда отвечающую вышеописанным требованиям, снабжены только одним типом сошника, предназначенный конкретным условиям работы, во многих случаях не соответствуют требованиям соблюдения заданной глубины посева семян и внесения удобрений.
В связи с этим разработка конструктивной схемы ППА, обоснование конструктивных параметров посевных комплексов для тракторов класса тяги 5, обеспечивающих малое тяговое сопротивление и максимальную производительность, обоснование конструктивных параметров посевной секции со сменными сошниками, обеспечивающих выполнение агротехнических требований к посеву является актуальной и имеет практическое значение.
Поставлена цель и разработаны задачи исследования научно-исследовательской работы.
Научную новизну работы представляют следующие положения: 1) Впервые предложен метод и математические зависимости для оценки металлоемкости существующих орудий в период их проектирования, с учетом конструктивной схемы орудия, глубины обработки и свойств почвы. 2) Составлены математические модели и получены математические зависимости для определения тягового сопротивления и производительности почвообрабатывающих посевных агрегатов с учетом их силы тяжести, конструктивной схемы, глубины посева, емкости бункера для семян и удобрений с учетом нормы их высева, которые позволяют определить рациональные схемы и параметры машин для тракторов различного тягового класса, обеспечивающие минимальное тяговое сопротивление ППА и максимальную производительность агрегата. 3) Разработана конструктивная схема и обоснованы параметры универсальной посевной секции со сменными сошниками, обеспечивающими возможность посева семян зерновых и кормовых культур на разную глубину при различных технологиях их возделывания. 4) Разработанная конструкция универсального бункера с различными типами дозаторов семян позволяют провести бинарный посев семян различных культур с разной нормой высева, а конструкция сошников и распределителей семян позволяет заделывать семена разных культур на различную глубину. 5)Настройка и контроль нормы высева семян и удобрений и глубины заделки семян посевного комплекса производится из кабины трактора одним трактористом. 6) Разработан новый метод изготовления посевных комплексов для тракторов класса тяги 2-8 с разной шириной захвата и шириной междурядья, основанной на модульной схеме комплектования комплекса для различных почвенно-климатических условий.
Выполненная научно-исследовательская работа имеет следуюшие уровни значимости:региональный — разработанный и испытанный в производственных условиях ППА для тракторов класса тяги 5 может заменить процесс посева семян зерновых и кормовых культур во всех почвенно-климатический зонах Уральского региона; всероссийский — разработанный метод обоснования металлоемкости конструктивной схемы и параметров ППА с учетом обеспечения минимума его тягового сопротивления и максимума производительности может быть использована во всех регионах России при разработке конструктивных схем и параметров универсальных ППА и посевных секций;мировой — идея и метод создания универсальных ППА и посевных секций способных выполнять посев зерновых и кормовых культур различными типами сошников и на разную глубину при различных технологиях их возделывания для тракторов класса тяги 2-8.
Проведен анализ существующих конструктивных схем посевных комплексов отечественного и зарубежного производства и проведена их классификация по месту расположения бункера для семян и удобрений. Установлено, что бункер для семян и удобрений может быть расположен на собственных ходовых колесах впереди или сзади почвообрабатывающей посевной части посевного комплекса, на прицепном устройстве или непосредственно на раме почвообрабатывающей посевной части посевного комплекса. Для выбора конструктивной схемы посевного комплекса разработана его математическая модель, составлены и получены теоретический формулы для оценки металлоемкости, для определения тягового сопротивления посевного комплекса и определения производительности агрегата. В результате расчетов установлено, что минимальное тяговое сопротивление и максимальную производительность имеют посевные комплексы выполненные с расположением бункера для семян и удобрений впереди почвообрабатывающей части или непосредственно на прицепном устройстве посевного комплекса. С учетом обеспечения удобства настройки посевного комплекса на заданные условия работы и проведения его технического обслуживания выбрана конструктивная схема с расположением бункера для семян и удобрений впереди почвообрабатывающей посевной части посевного комплекса.
Далее обоснованы конструктивные параметры посевного комплекса для тракторов класса тяги 5, основные их них составляют: ширина захвата – 12 м, количество рядов рабочих органов – 4, расстояние между первым и вторым, а также третьим и четвертым рядами рабочих органов 0,5÷0,9 м, а между вторым и третьим рядами 1,2÷2,1 м, и обоснованы параметры посевной секции и типы сошников необходимы для посева по различным технологиям возделывания зерновых и кормовых культур (анкерные, дисковые, килевидные, лаповые и Т-образные), выбрана одноступенчатая схема распределения и транспортирования семян и удобрений с системой эжекторном питателем и наддувом бункера, которые обеспечивают надежную работу пневмосистемы.
Далее разработаны требования к созданию посевного комплекта, который должен обеспечить:
— возможность посева зерновых и кормовых культур со сменными дисковыми, анкерными, килевидными или лаповыми сошниками в различных почвенно-климатических условиях в зависимости от высеваемой культуры и условий года;
— возможность регулирования ширины междуследия в пределах от 0,15 до 0,3 м, глубину посева от 0,02 до 0,15 м, норму высева семян от 2 до 300 кг/га, норму внесения удобрения от 20 до 100 кг/га;
— малую металлоемкость, малое тяговое сопротивление, большую производительность при выполнении агротехнических требований к посеву различных культур.
С учетом обоснованных параметров посевного комплекса и требований к его созданию разработана 3D модель и чертежная документация для тракторов класса тяги 5.
Чертежная документация передана на ООО «Челябинский компрессорный завод» для изготовления макетного образца посевного комплекса.
Испытания макетного образца посевного комплекса проведены в ООО «Хлебинска» Верхнеуральского района Челябинской области 1-2 июня 2020 года. Определены тяговое сопротивление посевного комплекса и агротехнические его показатели.
Результаты опытов показывают качественную работу посевного комплекса с выполнением агротехнических требований к посеву, среднеквадратическое отклонение глубины посева семян находится в пределах 0,33-0,58 см при допустимых значениях ±1 см, буксование находится в пределах 5,4÷10,5%, что ниже допустимых 15%. Разработанный посевной комплекс ПК-12 агрегатируется с трактором класса тяги 5 и отвечает требованиям агротехники.
Изучен радиус разворота посевного комплекса на концах загонок. Радиус разворота составляет 8,5÷9,93 м при скорости движения 10÷12 км/ч, время разворота от начала выглубления до полного заглубления составляет 24 с.
Полученные всходы семян показывают равномерное распределение семян по рядкам и соответствуют требованиям агротехники.
Отмеченные недостатки конструкции, полученные в период испытаний, устраняются в усовершенствованной конструкции посевного комплекса ПК-12 и в разрабатываемом посевном комплексе.
Разрабатываются рекомендации по совершенствованию почвообрабатывающего посевного агрегата.
Разработанный почвообрабатывающий посевной агрегат может работать как посевной комплекс с различными типами сошников и как почвообрабатывающее орудие при установке на раму почвообрабатывающей посевной части универсальных рабочих органов для дискования и культивации почвы при снятых с рамы распределителей семян и семяпроводов.
Поскольку наибольшую сложность при разработке ППА представляетего технологический процесс работы в варианте посевного агрегата, включающий дополнительные функциональные узлы, как бункер для семян и удобрений и пневматическую систему дозирования и распределения семян по сошникам, в дальнейших исследованиях вместо термина почвообрабатывающий посевной агрегат – термин посевной комплекс.
1 Состояние проблемы. Цель и задачи исследования
1.1 Факторы влияющие на выбор технологии и способа посева сельскохозяйственных культур
Рельеф, климат, растительный и почвенный покров России чрезвычайно разнообразный. Сельскохозяйственные культуры возделываются в горно-лесной, лесостепной и степной зонах с различными подзонами, которые отличаются друг от друга следующими основными факторами:
— влагообеспеченностью растений в различные фазы роста;
— обеспеченностью растений теплом (продолжительность периода с t> 10 оС, сумма эффективных температур за периоды t> 10 oC, t> 15 oC);
— величиной безморозного периода;
— запасом влаги в почве весной, глубиной снежного покрова, интенсивностью снеготаяния;
— характером микро- и макрорельефа поля;
— подверженностью почв водной, ветровой и механической эрозиям;
— прогревом почвы и началом полевых работ;
— типом почв.
Все эти факторы влияют на выбор технологии возделывания сельскохозяйственных культур, севооборотов, способов обработки почв и посева, сортов культур и на своевременность выполнения требуемых агротехнических приёмов в установленные сроки [1, 2, 3, 4, 5].
Основной задачей любого земледельца является получение максимальной прибыли с единицы площади при минимальных затратах (на оплату труда, технику, материалы и т. д.) позволяющей развивать производство высокими темпами. Для этого для каждой почвенно-климатической зоны необходимо выбрать ту технологию возделывания сельскохозяйственных культур, те тракторы, почвообрабатывающие и посевные машины, которые обеспечат качество подготовки почвы с требуемыми свойствами для возделывания выбранной культуры в севообороте [6].
При разработке и создании нового ресурсосберегающего импортозамещающего комплекса машин необходимо учитывать:
— почвенно-климатические условия зоны;
— принятую в зоне (в хозяйстве) технологию возделывания сельскохозяйственных культур;
— принятые в хозяйстве севообороты;
— необходимый тип и параметры рабочих органов для обработки почвы и посева;
— тип хозяйства (мелкое, среднее или крупное);
— требования к разработке и созданию комплекса машин под различные технологии возделывания сельскохозяйственных культур;
— тяговый класс трактора, для которого создаётся комплекс машин.
Основным фактором при выборе типа почвообрабатывающих и посевных машин, типа и параметров их рабочих органов являются почвенно-климатические условия зоны. Поскольку способы обработки почвы и посева предназначены для создания структуры почвы, повышающую её плодородие за счёт накопления и экономного расходования влаги, создания условий для интенсивной работы микроорганизмов в почве, то для разных типов почв (более 30 на Южном Урале), имеющих различный процент содержания физического песка и глины, тип и параметры рабочих органов должны быть различными. Соответственно подверженность почв различным видам эрозии (водной, ветровой, механической, биологической и т. д.) зависит от типа почвы и рельефа поля, величины и интенсивности осадков летом и зимой, принятой в зоне (в хозяйстве) технологии возделывания сельскохозяйственных культур, предусматривающей использование различных типов машин и рабочих органов (таблица 1.1) [6,7].
Таблица 1.1 — Технологии возделывания сельскохозяйственных культур
| Наименованиесистем обработки почвы | Основные технологические операции и их техническая оснащенность | ||||||
| осенью | весной | ||||||
| Традиционная | Уборка | Уборкасоломы (волокуши, пресс-подборщики) | Лущениестерни (дисковыелущильникисосферическимидисками) | Основная обработка почвы (отвальный плуг) | Закрытие влаги (зубовые бороны) | Предпосевнаякультивация (лаповые, штанговыекультиваторы) | Посев (с рядовыми и узкорядными сеялками) |
| Противоэрозионная | Уборка | Уборка соломы (волокуши, пресс-подборщики) | Лущение стерни (дисковые лущильники с плоскими дисками) | Основная обработка почвы (плоскорез, глубокорыхлитель, плоскорез-щелеватель-чизельное орудие) | Закрытие влаги (игольчатые бороны) | Предпосевная культивация (культиваторы противоэрозионные) | Посев стерневыми сеялками с лаповыми сошниками |
| Минимальная | Уборка, солома измельчается и равномерно разбрасывается по полю (бороныспружиннымирабочимиорганами) | Основнаямелкаяобработка (дисковыебороны, культиваторытяжелые) | Предпосевнаяобработкапочвы (комбинированныекультиваторысосменнымимодулями) | Посев стерневымиилипневматическими сеялками с различными типами сошников | |||
| Предпосевнаяобработкаипосев комбинированнымипочвообрабатывающимипосевнымиагрегатами с различными типами сошников | |||||||
| Нулевая | Уборка, солома измельчается и равномерно разбрасывается по полю (бороныспружиннымирабочимиорганами) | Посев комбинированнымипочвообрабатывающимипосевнымиагрегатамисанкернымии другими типами сошников | |||||
Производственная деятельность хозяйств показывает, что в пределах одной зоны или хозяйства используются все эти технологии. На основе анализа требований различных культур к созданию структуры и плотности почв в различных почвенно-климатических условиях зоны коллективом учёных разработана универсальная технология обработки почвы (патент РФ № 2457651 от 16.02.2011), которая направлена на накопление, сохранение и экономное использование влаги в период вегетации растений (рисунок 1.1) [5, 6].
Рисунок 1.1 – Универсальная технология обработки почвы
Предлагаемая технология возделывания сельскохозяйственных культур и обработки почвы включает в себя осеннее послеуборочное поверхностное влагоаккумулирующее рыхление по стерне различными типами рабочих органов (игольчатые, дисковые, комбинированные, ротационные, зубовые и т.д.) на глубину 3…5 см, основное зяблевое отвальное или безотвальное влагопоглощающее рыхление почвы на глубину 10…30 см, основное влагонакопительноечизельное рыхление на глубину 30…45 см один раз в севообороте, а весной поверхностное влагозакрывающее рыхление почвы различными типами борон на глубину заделки семян, а затем – влагосберегающую мульчирующую выровненную предпосевную обработку на ту же глубину с созданием семенного ложа и вычесыванием сорняков в начальной стадии их развития с рабочими органами на пружинной стойке и посев различными типами сошников в зависимости от условий года и высеваемой культуры.
Данная технология может быть трансформирована под любую из вышеприведённых технологий исключением в зависимости от почвенно-климатических условий, возделываемой культуры и места культуры в севообороте отдельные её операции. Таким образом, для выполнения всех технологических операций рекомендуемой технологии в различных почвенно-климатических зонах, необходимы рабочие органы [11, 12, 13].
— для выполнения основной обработки почвы (корпус плуга, лапы плоскорезные, чизельные рабочие органы);
— для выполнения дополнительной обработки почвы (дисковые, лапы, щелерезы);
— для закрытия влаги и предпосевной обработки почвы (пружинные и зубовые рабочие органы, рыхлители и лапы на пружинной, жёсткой или подпружиненной стойках);
— для посева сельскохозяйственных культур (дисковые, лаповые, анкерные, килевидные, Т-образные сошники);
Вновь создаваемый комплекс почвообрабатывающих и посевных машин должен выполнять все элементы технологии в севообороте для различных почвенно-климатических зон с соблюдением агротехнических требований к обработке почвы и посеву; должен иметь малую металлоёмкость, прочность и надёжность конструкции, малое тяговое сопротивление, высокую производительность, малую стоимость и расход топлива; должен отвечать требованиям безопасности и экологии, выполнять требования всех элементов технологического процесса работы агрегата и обеспечить плотность сложения почвы в пределах агродопуска для возделываемой культуры.
Посев сельскохозяйственных культур является завершающим элементом технологии и оказывает непосредственное влияние на получение высоких урожаев. При этом урожайность сельскохозяйственных культур зависит от конструктивной схемы посевного комплекса, типа сошников, глубины и равномерности заделки семян и удобрений в почву.
Для обоснования конструктивной схемы проектируемого посевного комплекса, посевной секции и пневматической системы распределения семян и удобрений проведен анализ существующих типов посевных комплексов, выпускаемых отечественными и зарубежными заводами и фирмами.
1.2 Анализ посевных комплексов отечественного и зарубежного производства и их классификация
В настoящее время выпускается большое кoличествo пoсевных кoмплексoв, кoтoрые пoзвoляют хoзяйствам в срокoсуществлять пoсев зернoвых, кормовых и прoпашных культур. Наибoлее заметной oсoбенностью таких кoмплексoв является изменение структуры машинoтракторнoгo парка, кoгда при меньшем количестве трудoвых ресурсoв, а также примeняeмых тeхничeских срeдств, дoстигаeтсявысoкая прoизвoдитeльнoсть труда и качeствoвыпoлняeмых мeханизирoванных рабoт, снижaются зaтрaты на прoизвoдствoeдиницыпрoдукции кaк в растениевoдстве, так и живoтнoвoдстве.
На отечественных заводах выпускаются посевные комплексы «Кузбасс» и «Томь», которые нашли широкое применение в хозяйствах России. Посевной комплекс «Кузбасс» (рисунок 1.1) в процессе посева за один проход по полю выполняет весь комплекс весенних полевых работ: предпосевную культивацию, боронование, посев, внесение удобрений, прикатывание, выравнивание почвы, протравливание семян.
Рисунок 1.1 – Посевной комплекс «Кузбасс».
Посевной комплекс «Кузбасс» оснащен сошниками культиваторного типа – двусторонней стрельчатой лапой. Рабочие органы на С-образных подпружиненных стойках распологаются на раме орудия в три ряда с междурядьем 30,5 см (таблица 1.1).
Таблица 1.1 – Техническая характеристика посевного комплекса «Кузбасс»
| ПК-6,1 | ПК-8,5 | ПК-9,7 | ПК-12,2 | |
| Ширина захвата, м | 6,1 | 8,5 | 9,7 | 12,2 |
| Производительность, га/ч | 6-8 | 8-10 | 10-12 | 12-14 |
| Масса конструкции, кг | 8600 | 10300 | 11400 | 12500 |
Посевной комплекс «Томь», предназначен для посева без предварительной подготовки почвы с одновременным внесением твердых минеральных удобрений (рисунок 1.2).
Рисунок 1.2 – Посевной комплекс «Томь».
Двухдисковые сошники, расположены на раме ПК «Томь» с междурядьем 190 мм в шахматном порядке для предотвращения их забивания (таблица 1.2).
Перед сошниками расположены дисковые ножи, оказывающие давление на почву более 200 кг, осуществляя разделку почвенного пласта и органических остатков, облегчая этим ход сошника и качественное формирование им борозды даже в условиях повышенной влажности почвы и большого количества органики на ее поверхности (в т.ч. стерня кукурузы и подсолнечника). В результате корневая система растений развивается вертикально вниз — ей становятся доступны влага и питательные вещества нижних слоев почвы.
Таблица 1.2 – Техническая характеристика посевного комплекса «Томь».
| 5,1 Б | 6,3 Б | 10,6 Б | 12,56 Б | |
| Ширина захвата, м | 5,1 | 6,3 | 10,6 | 12,56 |
| Производительность, га/ч | 5-7 | 6-8 | 11-13 | 13-15 |
| Масса конструкции, кг | 6050 | 6650 | 11500 | 13000 |
Представленные почвообрабатывающие посевные агрегаты спроектированы для различных почвенно-климатических зон России и работают с соблюдением всех необходимых агротехнических требований к посеву. Их недостатком является возможность их использования только с одним типом сошника.
За рубежом при возделывании сельскохозяйственных культур по минимальным технологиям применяются различные конструктивные схемы посевных комплексов для тракторов класса тяги от 2 до 8. Ниже приведены общий вид и краткие характеристики посевных комплексов различных зарубежных фирм, получивших применение в хозяйствах РФ. (Рисунки 1.3-1.15, таблицы 1.3-1.15).
Рисунок 1.3 – Посевной комплекс «Cirrus AMAZONE».
Таблица 1.3 – Техническая характеристика посевного комплекса «Cirrus AMAZONE».
| Cirrus AMAZONE | 300 | 4002 | 6002 | 6002 «Super» |
| Ширина захвата, м | 3 | 4 | 6 | 6 |
| Производительность, га/ч | 2,4 | 3 | 4,8 | 4,8 |
| Масса конструкции, кг | 3900 | 5900 | 7600 | 8400 |
Рисунок 1.4 – Посевной комплекс «Citan AMAZONE».
Таблица 1.4 – Техническая характеристика посевного комплекса «Citan AMAZONE».
| Citan AMAZONE | 6000 | 8000 | 9000 | 12000 | 12001-C | 15001-C |
| Ширина захвата, м | 6 | 8 | 9 | 12 | 12 | 15 |
| Производительность, га/ч | 4-6 | 6-8 | 7-9 | 10-12 | 10-12 | 10-15 |
| Масса конструкции, кг | 4500 | 6250 | 6600 | 7600 | 9500 | 10500 |
Рисунок 1.5 – Посевной комплекс «Primera DMC AMAZONE».
Таблица 1.5 – Техническая характеристика посевного комплекса «Primera DMC AMAZONE».
| 3000 | 4500 | 6002 | 9000 | 12000 | |
| Ширина захвата, м | 3 | 4,5 | 6 | 9 | 12 |
| Производительность, га/ч | 2,4-3 | 3-4,5 | 4-6 | 7-9 | 10-12 |
| Масса конструкции, кг | 4800 | 5600 | 6400 | 9000 | 12500 |
Рисунок 1.6 – Посевной комплекс «JohnDeere 1890»
Таблица 1.6 – Техническая характеристика посевного комплекса «JohnDeere»
| 9 | 11 | 12 | 13 | |
| Ширина захвата, м | 9 | 11 | 12 | 13 |
| Производительность, га/ч | 9,3 | 11,3 | 12,4 | 13,1 |
| Масса конструкции, кг | 7727 | 9325 | 10161 | 10682 |
Рисунок 1.7 – Посевной комплекс «HORSCH Pronto DC».
Таблица 1.7 – Техническая характеристика посевного комплекса
«HORSCH Pronto DC»
| 3DC | 4DC | 6DC | 7DC | 8 DC | 9 DC | |
| Шириназахвата,м | 3 | 4 | 6 | 7,5 | 8 | 9 |
| Производительность,га/ч | 2-3 | 3-4 | 5-6 | 7-7,5 | 7-8 | 8-9 |
| Массаконструкции,кг | 4000 | 5450 | 7500 | 8400 | 8550 | 9500 |
Рисунок 1.8 – Посевной комплекс «Salford 580».
Таблица 1.8 – Техническая характеристика посевного комплекса «JohnDeere»
| 3040 | 4050 | 5266 | 6278 | |
| Ширина захвата, м | 9,75 | 12,19 | 15,85 | 18,90 |
| Производительность, га/ч | 8-10 | 11-13 | 14-16 | 17-19 |
| Масса конструкции, кг | 3450 | 4700 | 6550 | 8300 |
Рисунок 1.9 – Посевной комплекс «SeedHawk SH».
Таблица 1.9 – Техническая характеристика посевного комплекса «SeedHawk SH».
| 600С | 800С | 1200С | 1520С | 1830С | |
| Шириназахвата,м | 6 | 8 | 12,2 | 15,2 | 18,3 |
| Производительность,га/ч | 6 | 8 | 13 | 16 | 19 |
| Массаконструкции,кг | 4500 | 5400 | 10100 | 12000 | 14000 |
Рисунок 1.10 – Посевной комплекс «Bourgault5810/5811».
Таблица 1.10 – Техническая характеристика посевного комплекса «Bourgault5810/5811».
| 5811-29 | 5811-40 | 5810-52 | 5810-62 | 5810-72 | |
| Шириназахвата,м | 9 | 12,4 | 16 | 19 | 22 |
| Производительность,га/ч | 9 | 13 | 16 | 19 | 22 |
| Массаконструкции,кг | 8010 | 9689 | 14500 | 16200 | 19600 |
Рисунок 1.11 – Посевной комплекс «Bourgault 3220».
Таблица 1.11 – Техническая характеристика посевного комплекса «Bourgault 3220».
| 40 | 50 | 60 | 66 | 76 | |
| Шириназахвата,м | 10, | 12,2 | 15,2 | 18,3 | 23,4 |
| Производительность,га/ч | 10 | 12 | 15 | 18 | 23 |
| Массаконструкции,кг | 12156 | 15286 | 18370 | 20638 | 22498 |
Проведенный анализ показывает, что все посевные комплексы комбинированные и выполняют за один проход несколько технологических операций, аименно:
предпосевную обработкупочвы;
посев различныхкультур;
внесениеудобрений;
прикатывание почвы за следомсошника;
мульчирование поверхностиполя.
В различных конструкциях посевного комплексапосев производится дисковыми, лаповыми, килевидными или анкерными сошниками.
Для прикатывания почвы после посева используются пневматические, прутковые или кольчатые катки.
Для мульчирования почвы используются различные типы пружинных рабочих органов.
Проведенный анализсуществующихпосевных комплексов отечественного и зарубежного производства (Кузбасс, Томь,Amazone,Bourgault, Horsch, JohnDeere, Salford, SeedHawk,) показывает, что по способу расположения бункера для семян эти схемы можно подразделить на следующие группы (Рисунок 1.12).
Схема 1. Расположение бункера спереди почвообрабатывающей посевной части;
Схема 2. Расположение бункера сзади почвообрабатывающей посевной части;
Схема 3. Расположение бункера на снице прицепного устройства;
Схема 4. Расположение бункера на раме почвообрабатывающей посевной части.
Схема 1 Схема 2 Схема 3 Схема 4
Рисунок 1.12 – Классификация конструктивных схем почвообрабатывающих посевных агрегатов по месту расположения бункеров.
Каждая из представленных схемпосевных комплексов имеет свои преимущества и недостатки.
Общее преимущество пневматического высева семян – повышение производительности посевных агрегатов за счет снижения времени на заправки и уменьшения количества регулировок при установке нормы высева семян и удобрений,удобный контроль за работой высевающего аппарата.
Для выбора конструктивной схемы посевного комплекса необходимо изучить их влияние на тяговое сопротивление комплекса и на производительность агрегата в различных условиях работы.
Недостатками всех посевных комплексов является возможность их работы только с одним типом сошников. Для обеспечения качественного посева при возделывании сельскохозяйственных культур по разным технологиям необходимо разработать посевной комплекс с универсальной посевной секцией, снабженный сменными дисковыми, анкерными, килевидными, Т-образными, сошниками. Приведем анализ существующих типов сошников.
1.3 Способы посева сельскохозяйственных культур. Анализ типов сошников, устанавливаемых на посевных комплексах
Существуют следующие способы посева сельскохозяйственных культур: разбросной, рядовой, ленточный, узкорядный, гнездовой, пунктирный и широкорядный. Способы посева семянзависит от посевных качеств семян культуры и почвенно-климатических условий. Основная задача операции посева состоит в обеспечении наилучших условий прорастания семян и в дальнейшем развитии растений, а также в получении их оптимальной густоты при равномерном размещении по площади питания. Способ посева сельскохозяйственных культур определяется требуемой густотой посева и порядком размещения растений на единице площади. В зависимости от этого принимается величина междурядья и расстояние между растениями. Разбросной способ посева (рисунок 1.13) обеспечивает равномерное распределение семян по площади поля, увеличивает площадь питания растений и урожайность возделываемых культур. Посев производится лаповыми сошниками, снабженными разбрасывателями семян в подсошниковом пространстве.
Рисунок 1.13 – Разбросной способ посева.
Рядовой способ посева (рисунок 1.14) – наиболее распространенный способ посева зерновых, технических, кормовых и технических культур. Расстояние между рядками – ширина междурядий является основной характеристикой этого способа посева и устанавливается для различных культур агротехническими требованиями. Форма площади питания растений представляет собой прямоугольник с шириной междурядья от 15 до 30 см.
Посев зерновых культур производится дисковыми сошниками, а кормовых мелкосеменных культур килевидными сошниками на малую глубину.
Рисунок 1.14 – Рядовой способ посева.
Разновидностью рядового способа посева является ленточный способ посева (рисунок 1.15). Применяют для семян зерновых культур в два ряда. Расстояние между рядами зависит от возделываемой культуры. Посев производится анкерными сошниками.
Рисунок 1.15 – Ленточный способ посева.
Узкорядный способпосеваприменяется для увеличения площади питания растений. Форма площади питания растений прямоугольник со сторонами 7,5×3,33 см. Посев проводится с использованием сеялок, оснащенными двухдисковыми сошниками, с делителем потока семян, предназначенными для узкорядного способа посева (рисунок 1.16).
Рисунок 1.16 – Узкорядный способ посева.
Гнездовой, пунктирный и широкорядный способы посева применяются для посева и посадки технических культур.
Выбор способа посева сельскохозяйственных культур зависит от применяемой технологии в зоне их возделывания, от типа и физико-механических свойств почвы, от увлажненности почвы и количества осадков в вегетационный период. С учетом этих факторов на посевных комплексах применяются дисковые, для рядового и узкорядного посева, анкерные одно и двухстрочные, килевидные, лаповые и Т-образные при нулевой технологии возделывания сельскохозяйственных культур. Все типы сошников выполняют подрезание сорняков, открывание борозды, образование семенного ложа для семян, равномерное распределение семян и удобрений по дну бороздки и закрытие бороздки.
Каждый тип сошника (рисунок 1.17) имеет свою индивидуальную конструкцию присоединения к раме сеялки, индивидуальный механизм регулирования глубины хода сошников и прикатывания почвы после прохода, что увеличивает номенклатуру деталей сошниковой группы и снижает их универсальность и унифицированность.
Наиболее простую конструктивную схему имеют дисковые сошники зерновых сеялок, которые заглубляются в почву под действием силы тяжести сошника G и силы сжатия пружины F (рисунок 17а). При изменении свойств почвы и рельефа поля глубина хода сошника «а», из-за отсутствия опорного колеса, меняется в больших пределах. Кроме того, из-за отсутствия прикатывающих катков они требуют дополнительного прикатывания почвы для создания контакта между семенами и почвой.
На сеялках фирмы «Amozone» установлены анкерные сошники с индивидуальными прикатывающими катками, глубина хода которых регулируется индивидуально. Однако из-за того, что сошники закреплены к раме шарнирно и связаны с опорными колесами через пружину, глубина хода сошников при движении по неровностям поверхности поля меняется в больших пределах.
Рисунок 1.17 – Типы механизмов сошника. а) дисковые сошники зерновых сеялок; б) посевная секция фирмы «Amozone»; в) посевная секция фирмы «Rogro»
Более устойчивый ход по глубине имеют посевные секции фирмы «Rogro», где каждая посевная секция присоединяется к раме через параллелограммный механизм и имеет опорное и прикатывающие колеса имеющих индивидуальные устройства для регулирования силы сжатия колес, что обеспечивает хороший контакт между семенами и почвой. Однако при движении опорного колеса по неровностям рельефа поверхности поля глубина хода сошника меняется в тех же пределах. Отсюда следует, что существующие типы сошников при посеве в полях с неровным рельефом поверхности поля не отвечают выполнению агротехнических требований по глубине заделки семян, не все типы сошников производят прикатывание почвы по следу сошника для обеспечения контакта между семенами и почвой, а посевные комплексы предназначены для посева семян только с одним типом сошника. [6,7]. В связи с этим разработка посевной секции со сменными сошниками для посева семян различных культур на разную глубину с выполнением агротехнических требований к посеву является актуальной и имеет практическое значение.
1.4 Анализ пневматических систем посевных комплексов и их классификация
Для высева семян и удобрений посевные комплексы с пневматическим дозированием, транспортированием и распределением семян по сошникам имеют следующие основные узлы: бункер для семян и удобрений, вентилятор с приводом от бензинового двигателя или гидромотора, дозирующего устройства, семяпроводов, распределителей семян и сошников. Кроме того, имеются вспомогательные узлы, такие как устройства для установки нормы высева, устройства для регулирования глубины посева, механизмы отключения передачи вращения от колес к дозаторам, датчики контроля работы дозаторов и распределителей семян, контроля уровня семян и удобрений, контроля давления воздуха в системе и тд.
На рисунке 1.18 показана классификация высевающих систем пневматических посевных комплексов [8].
По способу дозирования высевающие аппараты бывают индивидуального высева, группового высева и общего высева.
На посевных комплексах с пневматической системой распределения семян подача семян в поток движущегося воздуха имеет определенные трудности. Поэтому имеются различные технологические схемы для ввода семян в поток воздуха:
– системы с наддувом, когда необходимо иметь герметичный бункер и там создать такое же давление, как и в пневмосистеме;
– система без наддува; в этих системах семена подаются в пневмопровод через шлюзовые затворы и питатели;
– эжекторные питатели, когда семена захватываются за счет разряжения в эжекторной системе.
Рисунок 1.18 – Типы высевающих систем пневматических сеялок
На рисунке 1.19 показаны технологические схемы высевающих систем наиболее распространенных моделей пневматических сеялок и устройств для ввода семян в воздушный поток. Обеспечение необходимых условий для захвата воздухом дозируемого потока семян имеет большое значение, так как поступающая под избыточным давлением струя воздуха от вентилятора стремится отбросить семена обратно к высевающему элементу. При отсутствии оптимальных условий для захвата семян может нарушаться синхронность подачи их высевающим аппаратом и пневмосистемой.
Все пневматические высевающие системы можно разделить на два типа: с наддувом и без наддува. Системы с наддувом имеют герметизированный бункер, который сообщается с магистральным трубопроводом непосредственно или через приемную камеру высевающего аппарата (рисунок 1.19а). При равенстве давлений над семенами в бункере и в зоне захвата воздухом,дозируемый поток семян полностью отбирается от высевающего аппарата и транспортируется по пневмосети к сошникам.
Движение воздуха: 1 — в бункер и приемную камеру; 2 — в бункер
Рисунок 1.19- Технологические схемы высевающих систем с наддувом (а), без наддува со шлюзовым затвором (б), эжекторные питатели с забором воздуха из атмосферы (в)
Высевающие системы с наддувом более сложны в изготовлении из-за необходимости герметизации бункера. Кроме того, ограниченные размеры люков создают неудобства при заправке. При изменении уровня семян в бункере устойчивость высева снижается. Для таких систем требуется дополнительный расход воздуха и при недостаточной производительности вентилятора равномерность подачи семян снижается.
В системах без наддува с негерметизированным бункером для полного захвата семян предусмотрены питатели и шлюзовые затворы (рисунок 1.18 б).
Шлюзовые затворы (воздушные замки), как правило, представляют собой катушку, вращающуюся в корпусе. Герметичность узла обеспечивается высокой точностью изготовления катушки и корпуса и минимальными зазорами между ними. Однако затворы чувствительны к износу рабочих поверхностей пары «катушка — корпус» и связанному с этим нарушению синхронности подачи из-за ухудшения герметичности.
В ряде зарубежных сеялок, а также в отечественных СЗС-14, ССНП-16 и СЗПЦ-12 используются эжекторные питатели (рисунок 1.18 в). Они состоят из конфузора и диффузора, расположенных на определенном расстоянии друг от друга и образующих между собой зону, в которой осуществляется захват семян. Эти системы не требуют дополнительного расхода воздуха на наддув, а их негерметизированные бункеры снабжены большими люками, что позволяет применять высокопроизводительные загрузчики семян. Однако эжекторные питатели чувствительны к изменению скорости воздуха в пневмосистеме.
Схемы высевающих и распределительных систем в пневматических сеялках взаимосвязаны и зависят от ширины захвата агрегата и условий эксплуатации. Различают высевающие аппараты индивидуального, группового и общего высева.
Высевающие аппараты индивидуального и группового высева в основном катушечного типа (с желобчатыми или штифтовыми катушками) отличаются конструктивным исполнением и габаритными размерами (рисунок 1.20). Например, фирма Morris применяет наборные катушки штифтового типа, заключенные в блок по несколько штук в каждом.
    |
    |
I — Flexi-coil 1000 (комбинированная желобчатая катушка; заслонкой, набором элементов); II — «Accord» (желобчатая катушка; цилиндрической заслонкой, вкладышами): III — Flexi-coil 1100, 1600 (желобчатая катушка; частотой вращения, сменой катушки); IV — Morris 620, 600, NapierGrasslands 620, 600 (пакет штифтовых катушек; частотой вращения, сменой катушки); V — Bourgault 138, Chinook 1203 (шнек; частотой вращения); VI — Friggstad AF-I, AF-II (желобчатая наборная катушка из дисков; числом дисков); VII — Leon S-45, 75. «Symonds» (ленточный транспортер; заслонкой); VIII — IH-57O0 (желобчатая катушка; смещением катушки); IX — «JohnShearer», Tive 4006 (штифтовая катушка; частотой вращения)
Рисунок 1.20- Схемы высевающих аппаратов посевных комплексов (в скобках указаны тип высевающего элемента и способ регулирования нормы высева
Разные по размерам и нормам высева семена высеваются с помощью катушек как традиционных с двухрядным (для зерновых), так и комбинированных с однорядным расположением штифтов и гладкими цилиндрическими муфтами (рапс, просо и др.).
В сеялках «Tive» фирмы ОvеrumsBruk для высева мелких семян используют специальные накладки, уменьшающие высоту штифтов. Регулирование норм в аппаратах индивидуального и группового высева осуществляется изменением рабочей длины желобчатых катушек или частоты вращения катушек с постоянной длиной рабочей части.
Аппараты общего высева более разнообразны по конструкции — наряду с катушечными аппаратами применяются шнековые и ленточные транспортеры. Катушечные аппараты оснащаются желобчатыми катушками, но имеют некоторые конструктивные особенности, обусловленные высевом семян разных размеров и норм высева. Так, аппараты сеялок «Асcord» снабжены для высева мелких семян вкладышами, уменьшающими объем желобков, а рабочая длина катушки изменяется цилиндрической задвижкой.
Аппарат сеялки Flexi-coil 1000 имеет комбинированную катушку с двумя участками желобков разной глубины и две плоские задвижки, одна из которых прикрывает участок с мелкими желобками, а другая — с крупными. В сеялке AF-I1 фирмы Friggstad аппарат оборудован наборной катушкой из крупно и мелкожелобчатых, а также цилиндрических дисков толщиной 6 мм, выполненных из полимерных материалов. Диски надеваются на вал, консольно закрепленный в корпусе, и удерживаются на нем гайкой. Норма высева регулируется числом соответствующих желобчатых и цилиндрических дисков.
Относительно новый тип представляют катушечные аппараты, в которых одна катушка используется для формирования нескольких потоков семян. Такие аппараты применяются в сеялках Flexi-coil 1100, 1600, а также «GreatPlains». Катушки сменные — крупножелобчатые для семян зерновых культур и цилиндрические с рифлеными участками для мелких семян. Норма высева в сеялках Flexi-coil 1100 и 1600 регулируется вариатором импульсного действия.
В сеялках «Leon» и «Symonds» высевающие аппараты выполнены в виде ленточного транспортера, а в сеялках «Bourgault» и «Chinook» — в виде шнеков. Ленточные транспортеры, устанавливаемые в днище бункера, обеспечивают высокую производительность и надежность высева. Норма высева изменяется в зависимости от величины открытия выгрузного окна при подъеме или опускании заслонки. Однако такие высевающие аппараты менее пригодны для точного высева.
Высевающие аппараты шнекового типа сеялки «Chinook» изготавливаются из коррозионностойких металлов (для удобрений) и из полимерных материалов (для семян).
Наиболее рациональны высевающие аппараты катушечного типа в пластмассовом исполнении с комбинированной катушкой, норма высева в которых устанавливается путем изменения длины рабочей части катушки. Такие аппараты не требуют сложных механизмов привода. Для высева гранулированных минеральных удобрений более приемлемы аппараты с катушкой постоянной длины. Норма высева в них регулируется частотой ее вращения (как, например, в отечественной сеялке СЗПЦ-12).
В настоящее время для распределения семян по сошникам используются два типа распределителей:
— распределительная головка (круглая);
— распределители горизонтального типа (плоская).
Рассмотрим существующие распределительные системы с круглой распределительной головкой.
В пневматических сеялкахраспределительные системы(рисунок 1.2) отличаются числом ступеней деления потока семян [8]:
— поток не делится при индивидуальном высеве,
— одноступенчатая схема используется при групповом и общем высеве,
— двухступенчатая схема применяется при общем высеве.
  |
  |
Рисунок 1.21– Схемы индивидуального (а), группового (б) и общего (в, г) высева одно- (б, г), двух- (в) и бесступенчатого (а) распределения
Одноступенчатая схема в системах с общим высевом применяется при ширине захвата сеялки до 8 метров, а двухступенчатая схема – до 15 м и более.
Основным недостатком пневматических распределительных систем посевных комплексов является большая неравномерность подачи семян в сошники, которая может достигать до 16…19%.
Для улучшения равномерности распределения семян конструкторы размещают в пневмопровод конические турбулизаторы, конические кольца, устанавливают гофрированный участок на вертикальной части пневмопровода, используют различные конструкции направителей потока и т.д.
Несмотря на эти попытки улучшить конструкции распределителей неравномерность распределения при работе на равнине остается на уровне — 4…8%. При работе на склонах до 150 неравномерность увеличивается до 12…18% и более [10].
Рассмотрим существующие схемы пневматических систем сеялок.
На сеялках марок ССНП-16, СПН-8 установлена высевающая система одноступенчатого распределения с катушечным высевающим аппаратом с изменяемой длиной катушки и эжекторным питателем (рисунок 1.22).
Рисунок 1.22– Высевающая система одноступенчатого распределения с катушечным высевающим аппаратом с изменяемой длиной катушки и эжекторным питателем
На посевных комплексах «Агромастер», «Кузбасс», «Томь» установлена двухступенчатая высевающая система с наддувом (рисунок 1.23).
Рисунок 1.23– Двухступенчатая высевающая система с наддувом
На сеялках фирмы «Джон Дир» используется система с групповым высевом семян с одноступенчатым распределением при использовании наддува. Применяются две схемы: однопоточный и двухпоточный. При однопоточной схеме семена и удобрения транспортируются по одному семяпроводу (рисунок 1.23), а при двухпоточном – семена и удобрения транспортируются по двум семяпроводам до сошников и укладываются на разные глубины (рисунок 1.24).
Рисунок 1.24–Однопоточная система с групповым высевом семян с одно-ступенчатым распределением (с наддувом) посевных комплексов Джон Дир
Рисунок 1.25– Двухпоточная система с групповым высевом семян с
одноступенчатым распределением (с наддувом) посевных комплексов Джон Дир
На посевных комплексах «Flexi-Coil» тоже используется система с групповым высевом семян с одноступенчатым распределением при использовании наддува. Также применяются две схемы: однопоточный и двухпоточный. Однако на этих сеялках семена и удобрения подаются в отдельные семяпроводы пневмосистемы, а потом только соединяются в один поток при однопоточной схеме, или транспортируются двумя потоками до сошников придвухпоточной схеме (рисунки 1.26 и 1.27). Поэтому предусмотрена возможность подачи воздуха с одного вентилятора на два потока в разных количествах в зависимости от вида семян и удобрений. Это позволяет держать скорость передвижения частиц в оптимальных пределах, что ведет к предотвращению выноса семян и удобрений воздушным потоком на поверхность и снижению износа семяпроводов.
Рисунок 1.26– Однопоточная система с групповым высевом семян с
одноступенчатым распределением (с наддувом) посевных комплексов «Flexi-Coil»
Рисунок 1.27– Двухпоточная система с групповым высевом семян с
одноступенчатым распределением (с наддувом) посевных комплексов «Flexi-Coil»
На посевных комплексах фирмы «Bourgault» установлена двухступенчатая высевающая система с наддувом с использованием шнекового высевающего аппарата (рисунок 1.27).
Из анализа существующих схем пневматических систем сеялок с круглой распределительной головкой можно сделать следующие выводы:
— двухступенчатые схемы используются для широкозахватных сеялок шириной более 8 метров;
— схемы с групповым высевом семян используются для посевных комплексов с разной шириной захвата и междурядьями при использовании одного и того же бункера семян;
Рисунок 1.28– Двухступенчатая высевающая система с наддувом с использованием шнекового высевающего аппарата фирмы «Bourgault»
— при двухпоточной системе распределения удобрения вносятся на 4-5 см глубже глубины заделки семян, что ведет к увеличению тягового сопротивления агрегата, поэтому двухпоточная система экономически оправдана только при внесении полной дозы удобрений при посеве;
— при использовании бункера с системой наддува усложняется конструкция бункера, и ухудшаются условия для заправки семян;
— шнековые высевающие аппараты не находят широкого распространения;
— использование двухступенчатых схем приводит к большей неравномерности распределения семян по сошникам по сравнению с групповым высевом семян с одноступенчатым распределением.
При использовании распределения воздушно – зерновой смеси в горизонтальной плоскости равномерно распределить горизонтальный поток воздушно-зерновой смеси в пневматической системе сеялки сложнее. Хотя наклон его в продольной плоскости не оказывает влияния на равномерность высева по сравнению с распределительным устройством вертикального типа. А при поперечном наклоне качество деления ухудшается незначительно.
На рисунке 1.29 показаны схемы существующих распределительных систем горизонтального типа. Данные системы распределения можно условно разделить на 3 типа по наличию и расположению вставок, приспособлений, находящихся внутри данных устройств: распределительные устройстварасполагаются на входе; распределительные устройства располагаются на выходе; распределение происходит без применения устройств и вставок, за счет самой конструкции распределительной системы. Рассмотрим каждый из типов горизонтальных распределителей.
1. Распределительные устройства располагаются на входе в распределительную систему. В данном случае дополнительные ставки и рассекатели воздушного потока, обладающие разнообразными формами, устанавливаются в передней части распределителя. Они способствуют распределению давления
Рисунок.1.29 — Горизонтальные распределяющие устройства
и воздушно-зерновой смеси по отводящим патрубкам, задавая направление движения при попадании зернового материала в распределитель. Эта способность и является достоинством данных устройств.
2. Распределительные устройства располагаются на выходе из распределительной системы. Такая система содержит подводящий трубопровод, расширяющийся раструб, состоящий из верхней, нижней стенки и боковых прямолинейных стенок. Перед отводящими патрубками установлены делители потока. В подобных устройствах воздушно-зерновая смесь, попадая в распределительное устройство, движется основной массой по центру устройства и начинает распределяться лишь перед отводящими патрубками, что приводит к неравномерному распределению высеваемого материала по всей ширине раструба.
3. Распределение происходит без применения устройств и вставок, за счет самой конструкции распределительной системы. Данные распределители имеют криволинейные формы для достижения равномерности распределения высеваемого материала. Но проведенные исследования влияния радиуса изгиба на равномерность распределения удобрений и движения частиц высеваемого материала на изгибе показало наличие залипания и забивания распределителя. Так же предложенное устройство более материалоемко и энергоемко по сравнению с предложенными распределителями горизонтального типа.
Необходимо отметить, что в отечественных посевных комплексах пневматическая система во многих случаях не настраивается под определенную культуру, под необходимую норму высева (вентиляторы имеют привод с постоянной частотой вращения). А это приводит к выносу семян на поверхность, лишней затрате энергии, износу семяпроводов и разрушению семян.
Из анализа существующих конструкций видно, что для улучшения качества высева используются различные конструктивные исполнения посевных систем. Необходимо отметить такие недостатки посевных систем, как:
— использование воздушного потока для распределения семян в подлаповом пространстве приводит к выносу семян на поверхность почвы; это происходит особенно тогда, когда воздушный поток не регулируется, или неправильно подобраны обороты вентилятора;
— при использовании посевных комплексов на склонах возрастает неравномерность распределения семян по сошникам.
На основе анализа существующих конструкций современных пневматических систем дозирования, транспортирования и распределения семян по сошникам для разрабатываемого посевного комплекса принята пневматическая распределительная система с групповым высевом семян с одноступенчатым распределением, с наддувом бункера и эжекторным питателем, а дозирующая система катушечного типа с регулируемыми оборотами катушки через бесступенчатый редуктор (рисунок 1.30)
вентилятор; 2-делитель потока воздуха; 3-эжекторный питатель; 4-катушечный высевающий аппарат; 5-бункер; 6-воздухопроводы к дозаторам; 7-распределительная головка; 8-семяпровод; 9-циклон; 10-сошник.
Рисунок 1.30 – Пневматическая система с наддувом с дозирующей системой одноступенчатого распределения семян, катушечным высевающим аппаратом и эжекторным питателем.
Такая пневматическая система, как показывают результаты исследований […] обеспечивает равномерность высева семян между отдельными сошниками в пределах 4-8%.
Для устранения возможности выброса семян воздушным потоком из дна бороздки на поверхность поля перед входом семян в сошник, установлен циклон, который отводит поток воздуха в атмосферу.
1.5 Цель и задачи исследования
На основе изучения проблемы по разработке конструктивной схемыи обоснованию параметров посевного комплекса для тракторов класса тяги 5, а также анализа факторов, влияющих на выбор технологии и способа посева сельскохозяйственных культур, анализа конструктивных посевных комплексов, типов сошников отечественного и зарубежного производства и пневматических систем посевных комплексов поставлена цель и определены задачи исследования.
Цель исследования: разработать конструктивную схему и обосновать параметры посевного комплекса с пневматическим высевом семян для тракторов класса тяги 5, обеспечивающего высокие качественные, количественные и экономические показатели при посеве зерновых и кормовых культур различным способами в разных почвенно-климатических условиях.
Задачи исследования:
1) Разработать конструктивную схему посевного комплекса и посевной секции с различными типами сошников для посева семян,зерновых и кормовых культур в разных почвенно-климатических условиях.
2) Обосновать конструктивные параметры посевного комплекса для агрегатирования с тракторами класса тяги 5.
3) Обосновать конструктивные параметры посевной секции с различными типами сошников (анкерные, дисковые, килевидные, лаповые, Т-образные) с возможностью посева на разную глубину.
4) Обосноватьтипипараметрыпневматическойсистемы,дозаторовираспределителей семян и удобрений. 5) Разработать3Dмодельичертежнуюдокументацию ППА для тракторов класса тяги 5.
6) Передать чертежную документацию в ООО «Челябинский компрессорный завод» и изготовить опытный образец посевного комплекса.
7) Провестипредварительныеиспытаниямакетногообразцапосевного комплексавпроизводственныхусловиях.
8) Доработать чертежную документацию в соответствии с полученными замечаниями.
9) Написать научно-технический отчет по выполненной работе и дать рекомендации по дальнейшему совершенствованию.
2 Разработка конструктивной схемы и обоснование параметров универсальной посевной секции
2.1 Обоснование конструктивной схемы и обоснование параметров универсальной посевной секции
Как показали результаты анализа (глава 1.3) для посева зерновых, технических и кормовых культур в зависимости от принятой технологии возделывания, от почвенно-климатических условий зоны и высеваемой культуры применяются дисковые, лаповые, анкерные одно и двухстрочные, килевидные, полозовидные, Т-образные и другие типы сошников. Они присоединяются к раме орудия через грядили шарнирно или через параллелограммный механизм.
Каждый тип сошника имеет свою индивидуальную конструкцию присоединения к раме сеялки и индивидуальный механизм регулирования глубины посева и прикатывания почвы после посева. Сошники имеют групповой и индивидуальный способы регулирования глубины хода сошника. При этом опорное и прикатывающее колеса имеют различные конструкции, что увеличивает номенклатуру деталей сошниковой группы и снижает качество работы сошников [1,2].
Для устранения недостатков существующих сошников нами разработана универсальная посевная секция для посева зерновых и кормовых культур со сменными сошниками для заделки семян на глубину от 2 до 12 см различными способами [8, 9, 10].
На рисунке 2.1 представлена конструктивная схема предлагаемой посевной секции, которая крепится к раме индивидуально и работает независимо друг от друга.
Разработанная универсальная посевная секция состоит из корпуса 1, связаной с рамой сеялки через параллелограммное подвесное устройство 2 с пружиной сжатия 3 и регулировочной гайкой 4, дискового ножа 5 и опорного колеса 6, расположенных на общей оси стойки 7, прикатывающего колеса 8 со стойкой 9. Кронштейн 10 стойки 7 опорного колеса 6 и кронштейн 11 стойки 9 прикатывающего колеса 8 связаны между собой регулируемой по длине тягой 12, длина которой регулируется ручкой 13, что создает тандем, который при движении по неровностям поверхности поля при установке сошника между опорным и прикатывающим колесами снижает воздействие величины неровности на сошник в два раза. Тяга 12 служит для регулирования глубины хода сошника 14. Сошник 14 крепятся к корпусу 1 посевной секции через основной болт 15 и срезной болт 16, который служит для предохранения сошника 14 от поломок при наезде на препятствие.
Рисунок 2.1 – Конструктивная схема посевной секции
Посевная секция предназначена для посева семян зерновых, технических и кормовых культур по стерне и по обработанному фону. Для посева этих культур различными способами на место сошника 14 (рисунок 2.1) устанавливаются сменные сошники (рисунок 2.2): одно и двудисковые а), анкерные с однострочным посевом семян б), анкерные с двухстрочным посевом семян в), анкерные Т-образные г) для прямого посева семян, килевидные д) и лаповые е) сошники. Анкерные сошники б) и в) для образования семенного ложа для семян снабжены уплотнителем почвы, который создает семенное ложе из осыпавшейся почвы после прохода носка сошника.
Посевная секция работает следующим образом. Корпус 1 посевной секции при помощи параллелограммного подвесного устройства 2 присоединяется к раме орудия. В процессе работы пружина сжатия 3 прижимает корпус 1 вместе с сошником 14, опорным 6 и прикатывающим 8 колесами к поверхности поля, степень сжатия которых регулируется гайкой 4. Глубина хода сошника 14 регулируется изменением длины тяги 12 регулировочной ручкой 13. Величина давления прикатывающего колеса 8 на почву после прохода сошника 14 регулируется перестановкой оси крепления тяги 12 в отверстия кронштейнов 10 и 11. При работе с анкерными сошниками впереди сошников на одной оси с опорным колесом 6 устанавливается дисковый нож 5.
Рисунок 2.2 – Сменные сошники
В процессе работы посевной секции опорное колесо движется по неровностям рельефа поверхности поля ZПП(t). Для определения колебаний сошника посевной секции при движении по неровностям рельефа поля, рассмотрим кинематическую модель процесса работы посевной секции, которая позволяет оценить вероятность выполнения сошником агротехнических требований по глубине посева в зависимости от конструктивных параметров посевной секции (расстояния L, L1 и L2) (рисунок 2.3).
Рисунок 2.3 – Конструктивные параметры посевной секции
Кинематическая модель посевной секции может быть получена при условии, что движение посевной секции изучается независимо от сил, действующих на нее. Тогда опорное колесо посевной секции безотрывно копирует профиль рельефа поля, а сошник не испытывает воздействие сил от неравномерности сопротивления почвы. В качестве входных воздействий берутся неровности рельефа поля под опорными и прикатывающими колесами, а выходными показателями служат величины, характеризующие равномерность глубины хода сошника.
Тогда текущее значение глубины хода сошников аi(t), м, определяется по зависимости
, (2.1)
где а – установленная глубина заделки семян, м;
Δаi(t) – изменение глубины заделки семян при движении опорного и прикатывающего колес по неровностям рельефа поверхности поля ZПП(t) и неровностям рельефа под прикатывающим колесом ZПК(t), м.
В свою очередь
, (2.2)
где Zдб(t) – величина неровности рельефа дна борозды после прохода сошника, м.
При известных величинах неровностей ZПП(t) и ZПК(t) можно определить значение Zдб(t) в виде:
, (2.3)
где ZПК(t) – величина неровностей рельефа поверхности поля после прохода прикатывающего колеса за следом сошника, м;
L – расстояние между опорным и прикатывающим колесами, м;
L2 – расстояние от прикатывающего колеса до сошника, м.
Подставляя Zдб(t) из уравнения (2.3) в уравнение (2.2) получим:
, (2.4)
где L1 – расстояние от опорного колеса до сошника, м;
Поскольку в процессе движения посевной секции после прохода сошника рыхлая почва под действием собственного веса или загортачем осыпается на дно бороздки, то величину неровностей рельефа после прохода прикатывающего колеса можно принять равной нулю, т.еZПК(t)=0.
Тогда текущее значение изменения глубины заделки семян равна
, (2.5)
а текущее значение глубины заделки семян равна
, (2.6)
и среднеквадратическое отклонение равно
| (2.7) |
Из формулы (2.6) вытекает, что чем меньше L1, тем меньше величина колебаний глубины заделки семян.
Кроме высоты неровностей рельефа поверхности поля ZПП(t), рельеф поля характеризуется длинной волн неровностей LПП(t), которая изменяется от 0 до ∞. Величина длин волн неровностей оказывает влияние на копирование рельефа поля посевной секции и зависит от расстояния L между опорным и прикатывающим колесами. Исследованиями [11] установлено, что длины волн неровностей LПП(t), равные
| LПП≥6L, | (2.8) |
полностью копируются рабочими органами машин.
Значения перепада высот неровностей поверхности поля ZПП с увеличением длины волн неровностей возрастает. Зависимость минимальных ZППmin, см, максимальных ZППmах, см, и средних ZППср, см, значений перепада высоты неровностей рельефа поля от длины волн неровностей LПП, м, для условий Южного Урала представлены на рисунке 2.4, которые показывают, что с увеличением LПП значение ZПП возрастает [12].
Таким образом, текущее значение глубины заделки семян зависит от характеристик рельефа поверхности поля ZПП(t) и LПП(t)и параметров посевной секции L и L1. При известных характеристиках рельефа поля и допустимых значениях колебания сошника по глубине см для зерновых культур и см для мелкосеменных культур можно при проектировании выбрать параметры L и L1, обеспечивающие эти условия.
Рисунок 2.4 – Зависимость максимального, минимального и среднего значений отклонения перепада высот неровностей поля ZПП от длины волн неровностей LПП при движении агрегата в различных направлениях от 0 до 90˚ для условий Южного Урала [12].
Рисунок 2.5 – Расчетная схема посевного комплекса ПК-12.
Точка крепления посевной секции к раме при движении посевного комплекса по неровностям рельефа поверхности поля ZПП(t) колеблется в определенных пределах и зависит от места их расположения на раме (рисунок 6). Величина колебаний рамы посевного комплекса зависит от места расположения опорных колес и шарниров и расстояния между ними. Для определения величины этих колебаний воспользуемся кинематической моделью посевного комплекса, которая позволяет оценить вероятность выполнения агротехнических требований по глубине заделки семян.
В качестве входных воздействий берутся неровности рельефа поля ZПП(t) под опорными колесами (1, 2, …, 8), оцениваемые перепадами высот в зависимости от расстояний между опорными колесами (Xi и Yi) (рисунок 5), а выходными показателями являются величины колебаний рамы посевной секции Zi(t) на месте крепления i-той посевной секции (рисунок 2.5).
Тогда для центральной секции посевного комплекса вертикальное перемещение центра тяжести (т.02) Z02(t) и угловые колебания в продольно-вертикальной плоскости φц(t) и поперечно-вертикальной ψц(t) плоскостях определяются по выражениям:
| (2.9) |
где – база центральной секции посевного комплекса, м;
– расстояние между передними и задними рядами колес, м.
При известных , , можно определить вертикальные перемещение точек крепления посевных секций на центральной секции посевного комплекса:
| (2.10) |
где и – координаты точки крепления i-той посевной секции на раме относительно центра тяжести центральной секции (т. О2) по осям y и x, м.
Для определения вертикальных перемещений точек крепления посевной секции к раме на боковых секциях необходимо определить вертикальные перемещения шарниров , , , в виде:
| (2.11) |
При известных ZПП1(t), ZПП5(t), и можно определить для левой боковой секции вертикальное перемещение центра тяжести (т.01) и угловые колебания в продольно вертикальной и поперечно-вертикальной плоскостях в виде:
| (2.12) |
При известных , и можно определить вертикальные перемещения точек крепления посевной секции на левой боковой секции посевного комплекса:
| (2.13) |
где и – координаты точки крепления i-той посевной секции на левой боковой секции относительно центра её тяжести (т. О1) по осям y и x, м.
Аналогично можно определить для правой боковой секции вертикальные перемещения центра тяжести (т.03) и угловые колебания в продольно-вертикальной и поперечно-вертикальной плоскостях в виде:
| (2.14) |
При известных , и можно определить вертикальные перемещения точек крепления посевной секции на правой боковой секции посевного комплекса:
| (2.15) |
где и – координаты точки крепления i-той посевной секции на правой боковой секции относительно центра её тяжести (т. О3) по осям y и x, м.
При известных значениях величин вертикального перемещения точек крепления посевных секций на центральной и боковых секциях можно определить жесткость пружин и величину сжатия и растяжения пружин поджатия посевных секций в процессе их перемещения по известному рельефу поверхности поля. Исходные данные для расчетов представлены в таблице 1.1
Таблица 1.1 – Исходные данные посевного комплекса ПК-12 для расчетов.
| № п/п | Название параметра | Обозначение | Единица измерения | Значения параметра |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1 | Расстояние между передним и задним опорным колесом | y | м | 6,2 |
| 2 | Длина прицепного устройства | LПР | м | 5,5 |
| 3 | Расстояние между рядами | LР | м | 0,6 |
| 4 | Ширина междурядья | м | 0,25 | |
| 5 | База центральной секции посевного комплекса | yП | м | 3,1 |
Продолжение таблицы 1.1
| 6 | База центральной секции посевного комплекса | yЗ | м | 3,1 |
| 7 | Расстояние между шарнирами | ХШ1, X2 | м | 3,6 |
| 8 | Расстояние между шарниром и опорным колесом | ХШ2 | м | 0,4 |
| 9 | Расстояние между шарнирами | YШ1 | м | 1,4 |
| 10 | Расстояние между шарниром и опорным колесом | YШ2 | м | 2,8 |
| 11 | Расстояние между колесами на центральной секции | X5 | м | 2,75 |
| 12 | Расстояние между колесами на центральной и боковой секции | X4, X6 | м | 3,75 |
| 13 | Расстояние между колесом боковой секции и шарниром на центральной секции | X1, X3 | м | 3,3 |
По полученным зависимостям при известных характеристиках рельефа поверхности поля, конструктивных параметрах рамы посевного комплекса и месторасположения опорных колес определены вертикальные перемещения центра тяжести центральной и боковых секций ZO1, ZO2, ZO3 и продольные и поперечные колебания рамы относительно центров тяжести центральной и боковых секций, , , , , . Результаты расчетов представлены на рисунках 2.6-2.8.
Из полученных данных следует, что в процессе работы вертикальные перемещения центров тяжести центральной секции находятся в пределах от 2-4 см, боковых секций от 1-4,3 м, а угловые колебания не превышают ±1 градуса.
При известных параметрах вертикальных перемещений и угловых колебаний центральной и боковых секций определены вертикальные перемещения точек крепления посевных секций на центральной и боковых секциях, наиболее удаленных от центров их тяжести. Результаты расчетов представлены на рисунке 10, которые показывают, что максимальные перемещения находятся в пределах от 1 до 5,5 см, что меньше максимальных значений перепада высот неровностей рельефа поля , поскольку посевные секции расположены между опорными колесами ближе к центру тяжести соответствующей секции.
Полученные данные показывают, что установленные на посевной секции пружины поджатия должны иметь свободный ход поджатия после установки предварительного сжатия пружины на величину не менее 5,5 см. С учетом различных условий работы величину свободного хода пружины h м., принимаем равной h=0,06 м. Тогда при известной силе поджатия пружины FП, кН можно определить жесткость пружины с, кН/м, как .
Рисунок 2.6 – Зависимости изменения , см и и град, центральной секции от времени опыта t, с.
Рисунок 2.7 – Зависимости изменения , см и и град, левой боковой секции от времени опыта t, с.
Рисунок 2.8 – Зависимости изменения , см и и град, правой боковой секции от времени опыта t, с.
Рисунок 2.9 – Зависимости максимальных значений вертикальных перемещений точек крепления посевных секций к раме посевного комплекса на центральной см, и боковых левой см, и правой см, секции от времени опыта t, с.
При установленных параметрах пружины поджатия посевной секции, изучены влияния параметров посевной секции на характер изменения рельефа дна борозды и глубины хода сошников при перемещении посевной секции по синусоидальному рельефу с разной длиной волн неровностей LПП, м, с амплитудой ZПП соответствующей длине LПП (рисунок 2.4). Результаты расчетов предоставлены на рисунке 2.10. Расчеты проведены для максимальных значений ZПП max. На рисунке 2.10 представлены траектории перемещения носка сошника, установленного в середине между опорным и прикатывающим колесами, образующих рельеф дна борозды, при движении по синусоидальному рельефу с разной LПП и ZПП с базой сошника L=0,70 м и L=1,1 м.
Рисунок 2.10 – Зависимости колебаний рельефа дна борозды при движении посевной секции по неровностям рельефа поля с различной длинной волн неровностей LПП, м.
Видно, что средняя величина колебаний дна борозды Zдб, образуемой сошником, копирует рельеф поверхности поля с уменьшением амплитуды колебаний в два раза. Однако текущие значения Zдб зависят от соотношения расстояний LПП и L. При LПП=L происходит резонансные, наибольшие колебания сошника относительно среднего его значения, а при увеличении LПП м, колебания сошника относительно среднего значения уменьшается и при LПП≥6L траектория перемещения сошника полностью копирует рельеф поверхности поля, что подтверждает условия (2.8). Установлено, что с уменьшением L величина колебаний Zдб относительно среднего значения уменьшается, что улучшает устойчивость хода сошника по глубине посева.
На рисунках 2.11-2.12 представлены зависимости среднеквадратического отклонения рельефа дна борозды ϬZдб, мм, и среднеквадратического отклонения глубины хода сошника Ϭa, мм, от длины волн неровностей LZПП, м, при значениях L=0,7 м и L=1,1 м. Из представленных данных видно, что с уменьшением расстояния между опорным и прикатывающим колесами L, ϬZдб, Ϭa, мм, снижаются, что показывает на целесообразность уменьшения расстояния L. С учетом конструктивных требований, с целью обеспечения регулировок посевной секции, проведения свободной замены сошников и ухода за ними расстояние L принимаем равной L=0,9 м, при установке сошников в середине между опорным и прикатывающим колесами.
Рисунок 2.11 – Зависимость среднеквадратического отклонения рельефа дна борозды ϬZдб, мм, от длины волн неровностей LПП, м при L=1,1 м.
Рисунок 2.12 – Зависимость среднеквадратического отклонения глубины хода сошника Ϭa, мм, от длины волн неровностей LПП, м при L=1,1 м.
Рисунок 2.13 – Зависимость среднеквадратического отклонения рельефа дна борозды ϬZдб, мм, от длины волн неровностей LПП, м при L=0,75 м.
Рисунок 2.14 – Зависимость среднеквадратического отклонения глубины хода сошника Ϭa, мм, от длины волн неровностей LПП, м при L=0,75 м.
На основе проведенных исследований установлена конструктивная схема посевной секции, параметры пружины поджатия, которые обеспечивают выполнение своей функции в различных условиях работы, установлены параметры посевной секции, обеспечивающие выполнение агротехнических требований к посеву семян зерновых, технических и кормовых культур. Результаты исследований показали возможность использования разработанной посевной секции на сеялках с механическим и пневматическим высевом семян.
Для проведения прочностных расчетов и определения тягового сопротивления посевной секции при установке различных типов сошников необходимо определить силы, действующий на посевную секцию при работе в различных условиях.
2.2 Определение сил, действующих на универсальную посевную секцию
Конструктивная схема, параметры и тип сошника универсальной посевной секции оказывают основное влияние на её тяговое сопротивление и силы, действующие на отдельные её узлы. На работу посевной секции и выполнение ею агротехнических требований оказывает влияние сила её тяжести и её параметры. При изменении глубины хода сошника и свойств почвы силовая загруженность посевной секции меняется и для соблюдения агротехнических требований к посеву возникает необходимость установки дополнительных пружин или гидроцилиндров поджатия.
Для проведения прочностных расчетов посевной секции и отдельных её узлов необходимо определить силы возникающие в процессе работы посевной секции в наиболее нагруженных условиях при максимальных значениях глубины хода различных типов сошников и удельного сопротивления почвы.
При обоснованных конструктивных параметрах посевной секции [3] можно определить силовую её загруженность в различных условиях работы (рисунок 2.15).
Рисунок 2.15 – Силы, действующие на посевную секцию с разными вариантами установки пружин сжатия
В процессе работы на посевную секцию действуют следующие силы:
G – сила тяжести посевной секции, кН;
RX, RZ – горизонтальная и вертикальная составляющие сил, действующих на сошник, кН;
QX0, QZ0 – горизонтальная и вертикальная составляющие сил, действующих на опорное колесо, кН;
QXд, QZд – горизонтальная и вертикальная составляющие сил, действующих на диск или турбодиск, кН;
QXп, QZп – горизонтальная и вертикальная составляющие сил, действующих на прикатывающее колесо, кН;
F1, F2 – сила сжатия пружины в различных вариантах её установки, кН.
В процессе работы сошники посевной секции заглубляются в почву под действием силы тяжести G, кН, и силы сжатия пружины F1 или F2. При этом сила сжатия пружины:
| и , | (2.16) |
где с1 и с2 – жесткость пружины, кН/м;
h1 и h2 – величина предварительного сжатия пружин, м.
Имеются два варианта установки пружин. Первый вариант предусматривает установку внутри параллелограммного механизма abcd с возникновением силы F1 и второй вариант с вертикальной установкой с воздействием пружины в шарнире с, создающий усилие F2.
Основным условием работы посевной секции с выполнением агротехнических требований является соблюдение расстояния Н от поверхности поля до нижней части рамы посевного комплекса при изменении глубины хода сошников. Тогда изменением величины предварительного сжатия пружины создается необходимая величина силы F1 или F2, обеспечивающая допустимые значения реакции почвы на опорном колесе QZ0и на прикатывающем колесе QZП, при известных значениях сил, действующих на сошники.
Для определения тягового сопротивления посевной секции и необходимой величины силы сжатия пружины F1 или F2 составим уравнение суммы моментов относительно точки О, расположенной в шарнире b.
| (2.17) |
Уравнение (2.17) позволяет определить величину сил F1 или F2, позволяющие при установленной глубине хода сошника а1, и известной жесткости пружины с определить величину ее предварительного сжатия hi.
Тогда:
| (2.18) |
Для определения величин силы F1 или F2 необходимо определить значения сил, входящих в уравнения (2.17) и (2.18). Определим значения сил, входящих в эти уравнения, при работе с различными типами сошников.
Работа с анкерными сошниками. При работе с анкерными сошниками впереди сошника устанавливается дисковый нож или турбодиск, которые работают на глубине а2≤а1, где а1 – глубина хода сошника, м. Согласно исследованиям [4] при глубине хода дискового ножа а2=0,12 м и удельным сопротивлением k1=30-40 кН/м2, сила QXд равна 0,7-0,9 кН. Тогда при глубине хода а2=0,06 м и k1=30-40 кН/м2 примем QXд=0,30-0,40 кН; и при QZд=1,2QXд сила QZд равна 0,36-0,48 кН.
В процессе работы опорное колесо должно безотрывно копировать рельеф поверхности поля. Для этого допустимые значения силы реакции почвы на опорное колесо определяются по формуле Грандвуане – Горячкина [5].
(2.19)
где D0 – диаметр опорного колеса, м;
q – коэффициент объемного сопротивления почвы, кН/м3, для рыхлой почвы q=2000-4000 кН/м3; по стерне q=10000-25000 кН/м3;
b0 – ширина обода опорного колеса, м;
μ – коэффициент перекатывания колеса, для рыхлой почвы μ=0,20-0,25; по стерне μ=0,1-0,15.
Тогда для опорного колеса с D0=0,31 м и b=0,1 м, перемещающегося по стерне кН, по рыхлой почве кН;
(2.20)
Тогда при перемещении по стерне кН и по рыхлой почве кН.
Для прикатывающего колеса, перемещающегося по рыхлой почве, допустимое значение нагрузки на колесо QZП определяется по формуле (2.19).
При DП=0,34 м и b=0,04 м, допустимое значение кН.
При DП=0,34 м и b=0,15 м, допустимое значение кН.
Тогда
(2.21)
При b=0.04 м, кН.
При b=0.15 м, кН.
Тяговое сопротивление анкерного сошника определяется по зависимости:
(2.22)
где k1 – удельное сопротивление почвы кН/м2;
а1 – глубина заделки семян, м;
b1 – ширина зоны рыхления почвы на уровне поверхности поля, м.
Согласно, работ [4] для тупых углов установки долота зона деформации почвы сбоку от чизельного рабочего органа при малой глубине определяется по формуле:
, (2.23)
где d – ширина долота сошника, м;
θ – угол рыхления почвы сбоку рабочего органа, град, θ=40-60˚ [4].
Значение силы RZa для анкерных сошников определяется по зависимости:
(2.24)
Работа с дисковыми сошниками.
При работе с дисковыми сошниками посев производится по обработанной почве. Поэтому дисковый нож не устанавливается и в работе учувствуют опорное и прикатывающие колеса и дисковый сошник. При этом усилия QZ0, QX0, QZП и QXП определяются аналогично рассмотренному выше. Для работы посевной секции по рыхлой почве тяговое сопротивление двухдискового сошника определяется по формуле:
, (2.25)
где k0 – коэффициент пропорциональности, кН/м;
кН/м. [6]
а1 – глубина хода сошника, м.
Тогда
(2.26)
Работа с лаповыми сошниками.
При работе с лаповыми сошниками значения сил QZ0, QX0, QZП и QXП определяются аналогично, описанному выше. При этом ширина прикатывающего колеса принимается равной ширине полосы высева семян.
Значения силы RXл, кН, определяется как:
(2.27)
где k – удельное сопротивление почвы, кН/м2;k=20-50 кН/м2;
b’ – ширина захвата лапы, м; b’=0,21-0,33 м.
Тогда
(2.28)
где m=0-0,3.
При работе посевной секции с различными типами сошников допустимое значение реакции почвы на опорном колесе и на прикатывающем колесе имеют определённые значения. Для обеспечения этих усилий на посевной секции предусмотрена возможность изменения передаточного отношения четырехзвенного механизма связи опорного и прикатывающего колес (рисунок 2.15).
Для определения зависимости между силами и рассмотрим четырехзвенный механизм abcd. Согласно формуле Терскова Г.Д [7].
| , | (2.29) |
где i – передаточное отношение четырехзвенного механизма.
η – кпд четырехзвенного механизма, примем η=1.
Для шарнирного четырехзвенного механизма, у которого ведущие и ведомые звенья являются кривошипами
| . | (2.30) |
Тогда
| . | (2.31) |
Или при η=1
| . | (2.32) |
В конструкции посевной секции предусмотрено изменение длин кривошипов аb и cd перестановкой пальцев крепления шатуна в соответствующее отверстие, что позволяет регулировать длину плеч a и b и достичь допустимых значений и .
Рисунок 2.15 – Четырехзвенный механизм связи опорного и
прикатывающих колес.
При известных глубине хода сошников и свойств почвы, установленных конструктивных параметрах посевной секции и длины хода пружины при движении посевной секции по неровностям рельефа поверхности поля [3] можно определить силы, действующие на различные типы сошников, реакции почвы на опорные и прикатывающие колеса, а также значения сил F1 или F2, для обеспечения выполнения агротехнических требований к посеву различных сельскохозяйственных культур.
Согласно представленной методике определены значения сил, действующих на диски и различные типы сошников, опорное и прикатывающие колеса, представленные на рисунках 2.16 – 2.20. Результаты расчетов показывают, что с увеличением глубины хода рабочих органов а1, м, и удельного сопротивления почвы k, кН/м2, значения сил, действующих на диск и рабочие органы, возрастают. Величина их возрастания зависит от типа сошника и находится в пределах кН и кН, причем наибольшее тяговое сопротивление имеют анкерные сошники при нулевой технологии возделывания сельскохозяйственных культур. Реакции почвы на опорном и прикатывающем колесах (рисунок 2.20) зависят от места их расположения, коэффициента перекатывания колеса μ и объемного сопротивления почвы q, в зависимости от принятой технологии посева, и находится в пределах от 0 до 3,7 кН.
Рисунок 2.16 – Зависимость горизонтальнойQx, кН, и вертикальной Qz, кН, составляющих сил, действующих на диск или турбодиск, от глубины их заглубления в почву а2, м, при различных значениях удельного сопротивления почвы k, кН/м2.
Рисунок 2.17 – Зависимость горизонтальной Rx, кН, и вертикальной Rz, кН составляющих сил, действующих на анкерный сошник, от глубины заделки семян а1, м, при различных значениях удельного сопротивления почвы k, кН/м2.
Рисунок 2.18 – Зависимость горизонтальной Rx, кН, и вертикальной Rz, кН составляющих сил, действующих на дисковый сошник, от глубины заделки семян а1, м, при различных значениях коэффициента пропорциональности k0, кН/м.
Рисунок 2.19 – Зависимость горизонтальной Rx, кН, и вертикальной Rz, кН составляющих сил, действующих на лаповый сошник, от глубины заделки семян
Рисунок 2.20 – Зависимость горизонтальной Qx, кН, и вертикальной Qz, кН составляющих сил, действующих на опорное и прикатывающее колеса, от коэффициента перекатывания колеса µ, при различном коэффициенте объемного сопротивления почвы q, кН/м3.
Зависимость силы сжатия пружины F1 или F2, необходимых для обеспечения выполнения требований к глубине посева семян, для различных типов сошников представлены на рисунках 2.21-2.23. Наибольшее значение силы сжатия пружины требуется для анкерных сошников при прямом посеве семян, которая при увеличении глубины заделки семян от 0,03 до 0,15 м и увеличении удельного сопротивления почвы от 20 до 50 кН/м2 находится в пределах F1=0,03-9,0 кН, а F2=0,03-6,3 кН. Для дисковых и лаповых сошников потребные значения силы сжатия пружины не превышают 1,5 кН. Поэтому параметры пружины должна быть выбраны по максимальному значению силы F1 и F2. Результаты расчетов показывают целесообразность установки пружины сжатия вертикально с силой сжатия F2, при которой потребное значение силы для обеспечения работоспособности посевной секции уменьшается.
Согласно представленных данных (рисунки 2.16-2.20) при известных для конкретной зоны глубины посева семян зерновых и кормовых культур, удельного сопротивления почвы и типа сошника, с которым будет произведен посев, можно определить значение силы F2 (выбранный вариант), необходимый для работы сошника с соблюдением агротехнических требований. Затем, зная максимальную величину перемещения места крепления посевной секции h= 6 см [3], можно определить жесткость выбранной пружины, согласно зависимости (1).
Рисунок 2.21 – Зависимость силы сжатия пружины F1, кН, и F2, кН, действующих на посевную секцию с анкерным сошником от глубины заделки семян а1, м, при различных значениях удельного сопротивления почвы, k, кН/м2.
Рисунок 2.22 – Зависимость силы сжатия пружины F1, кН, и F2, кН, действующих на посевную секцию с дисковым сошником, от глубины заделки семян а1, м.
Рисунок 2.23 – Зависимость силы сжатия пружины F1, кН, и F2, кН, действующих на посевную секцию с лаповым сошником, от глубины заделки семян а1, м.
В процессе работы опорные и прикатывающие колеса связаны между собой четырехзвенным механизмом, который в зависимости от соотношения плеч a и b регулирует значения сил, действующих на опорноеQzо, кН, и прикатывающее Qzп, кН, колеса (рисунок 2.24). Выбирая допустимые значения сил Qzо и Qzп можно определить величину передаточного отношения i=a/b (2.30) и значения плеч a и b и установить выбранные их значения на кронштейнах опорного и прикатывающего колес.
Рисунок 2.24 – Зависимость реакции почвы на опорном Qzо, кН, и прикатывающем Qzп, кН, колесах от величины передаточного отношения i
плеч a и b.
Проведенные расчеты показали, что в процессе работы при изменении положения рамы значение силы F2 меняется в больших пределах, что ведет к принудительному заглублению или выглублению сошника по глубине и ведет к снижению равномерности заделки семян зерновых и кормовых культур в почву.
Поэтом для обеспечения устойчивости хода сошника по глубине сила F2, действующая со стороны пружины на посевную секцию, должна быть постоянной. Этого можно достичь установкой на посевную секцию гидроцилиндра с регулятором давления для поддержания силы поджатия гидроцилиндра постоянной, независимо от колебаний места крепления посевной секции к раме посевного комплекса и колебаний самой посевной секции при движении по неровностям рельефа поверхности поля. При этом постоянное значение силы поджатия – F, кН, необходимое для удерживания сошника на установленной глубине (формула 2.18), обеспечивается созданием постоянного давления масле в гидросистеме, автоматически удерживаемое регулятором давления с управлением из кабины трактора.[патент]
Полученные значения сил, действующих на сошники Rx, кН, на опорное Qxо, кН, и прикатывающее Qxп, кН, колеса и на диск Qxд, кН, позволяют определить величину тягового сопротивления посевной секции Р при различных значениях глубины хода сошника а1, м, и удельного сопротивления почвы k, кН/м2 (рисунок 2.25).
Рисунок 2.25 – Зависимость тягового сопротивления посевной секции P, кН, от глубины хода сошников а1, м, для различных типов сошников.
(для лапового сошника в’=0,27 м)
Полученные данные показывают, что наибольшее значение тягового сопротивления имеет посевная секция с анкерным сошником для прямого посева, поскольку она снабжена диском для подрезания стерни и растительных остатков, а также зависит от величины удельного сопротивления почвы. Тяговое сопротивление лаповых сошников зависит т ширины захвата лапы, глубины их хода и удельного сопротивления почвы. Поскольку посев с посевной секцией, снабженный с дисковым сошником, производится по обработанной почве, она имеет наименьшее тяговое сопротивление. Представленные значения тягового сопротивления посевной секции и силы, действующие на отдельные узлы посевной секции, используются при проведении прочностных расчетов узлов и деталей посевной секции.
На основе проведенных исследований составлена расчетная схема посевной секции и получена формула для определения силы поджатия пружины, обеспечивающей устойчивость хода сошника по глубине заделки семян. Определены значения сил, действующих на сошники, опорное и прикатывающие колеса и диск, которые позволили рассчитать средние значения сил поджатия пружин для различных типов сошников при изменении глубины посева семян и свойств почвы. Установлено, что при колебаниях места крепления посевной секции к раме посевного комплекса и при колебаниях посевной секции при движении по неровностям рельефа поля сила, действующая на сошник со стороны пружиныменяется, что ведет к колебаниям глубины заделки семян. Для обеспечения постоянной силы поджатия корпуса посевной секции и улучшения устойчивости хода сошника по глубине на посевную секцию необходимо установит вместо пружины гидроцилиндр с регулятором давления масла в гидросистеме. Тогда гидроцилиндр независимо от положения посевной секции обеспечивает постоянную силу поджатия к поверхности поля, тем самым улучшая устойчивость её хода по глубине посева. Определено тяговое сопротивление посевной секции с различными типами сошников.
Полученные результаты исследований по обоснованию конструктивной схемы и параметров посевной секции и по определению сил, действующих на отдельные узлы и посевную секцию, будут использоваться для определения параметров посевного комплекса для различных условий работы.
3. Обоснование конструктивной схемы и параметров посевного комплекса для тракторов класса тяги 5.
3.1 Определение тягового сопротивления посевного комплекса с пневматическим высевом семян и удобрений.
Тяговое сопротивление посевного комплекса зависит от ширины захвата машины и скорости движения агрегата, напрямую влияющие на производительность работы агрегата и расход топлива. Посевные комплексы с пневматическим высевом семян, выпускаемые на отечественныхи зарубежных заводах, отличаются друг от друга конструктивным исполнением, типом рабочих органов, способом транспортирования и распределения семян и удобрений, и другими факторами(глава 1).
Основное влияние на тяговое сопротивление этих машин оказывает конструктивная схема почвообрабатывающей части комплекса,ёмкость бункера для семян и удобрений и его место расположение, а также тип и параметры сошника. Эти параметры установлены для посевных агрегатов с механическим высевом семян, когда бункер для семян и удобрений расположен на раме сеялки и имеет малую ёмкость. Однако, для посевных комплексов с пневматическим транспортированием и высевом семян влияние конструктивной схемы, месторасположение и параметры бункера для семян и удобрений на тяговое сопротивление не установлены.В связи с этим в данной работе изучаются влияниеэтих параметров на тяговое сопротивление посевного комплекса с пневматическим высевом семян.
В общем случае тяговое сопротивление посевного комплекса определяется в виде:
Р=РП+РБ, (3.1)
где РП – тяговое сопротивление почвообрабатывающей посевной частикомплекса, кН;
РБ – тяговое сопротивление бункера для семян и удобрений, кН.
Всвоюочередьтяговое сопротивление почвообрабатывающей посевной части комплекса можно определить по формуле академика В.П. Горячкина в виде [3]
(3.2)
гдеGП– сила тяжести почвообрабатывающей посевной части комплекса, кН;
f – коэффициент пропорциональности учитывающий силу тяжести машины;
k1 – удельное сопротивление почвы при работе сошников, кН/м2;
a1 – глубина посева семян, м;
B – ширина захвата агрегата, м;
b – ширина междурядья, м;
va – скорость движения агрегата, м/с;
ε – коэффициент, характеризующий форму поверхности рабочего органа и свойства почвы, кНс2/м4;
k2i – удельное сопротивление почвы для дополнительных
приспособлений, кН/м2;
a2i– глубина хода дополнительных приспособлений, м;
n – количество дополнительных приспособлений, шт.
Согласно работам [16, 17] cила тяжести почвообрабатывающей части комплексаGП, кН, состоит из силы тяжести прицепного устройства G1, кН, силы тяжести рамы G2, кН, силы тяжести рабочих органов G3, кН, и силы тяжести опорных и транспортных колес и других приспособлений (катки, боронки и тд) G4, кН, т.е.
(3.3)
Значения сил , , и определяются при проектировании для конкретных почвенно-климатических зон проведением прочностных расчетов для максимальных параметров глубины посева семян a1, м,и глубины хода приспособлений a2, м, максимальных значений удельного сопротивления почвы k1, кН/м2 иудельного сопротивления приспособлений k2, м, которые возможно при работе проектируемого посевного комплекса. Согласно работам [Блед, 16, 17] полученные силы G1, G2, G3 и G4, можно выразить зависимости
(3.4)
где β 1/м2, α и η – коэффициенты удельной металлоемкости, соответственно, рамных конструкций, рабочих органов и дополнительных рабочих органов, и приспособлений для наиболее нагруженных условий работы.
Из зависимостей (3.4) следует, что
| (3.5) | |
Значения этих коэффициентов для определенных типов орудий имеют постоянные значения. При изменении условий работы агрегата, то есть a1, м,a2, м, k1, кН/м2k2, м, конструктивной схемы орудия L, м, сила тяжести GП, кН, определяется по формуле:
, (3.6)
где β –коэффициент удельной металлоемкости рамных конструкций орудия, 1/м2;
Li – расстояние от оси присоединения переднего брусья рамы к механизму навески или прицепному устройству до точки приложения равнодействующий всех сил, действующих на рабочие органы и приспособления, м;
α –коэффициент удельной металлоемкости сменных рабочих органов;
m – количество сменных рабочих органов, шт;
η –коэффициент удельной металлоемкости приспособлений;
γ0 – объемный вес стали, кН/м3;
S0 – суммарная площадь поперечного сечения профиля прицепного устройства, м2.
Конструктивная схема почвообрабатывающей посевной части комплекса вводится в уравнении (3.6) через параметр Li. Согласно исследованиям при расположении рабочих органов на раме орудия по шахматной схеме, общепринятой для посевных агрегатов, значение Li, м, определяется по формуле, [5, 6]:
Li=l0+0,5lp(с1-1), (3.7)
где l0 – расстояние от оси присоединения орудия к прицепному устройству до центра сопротивления первого ряда рабочих органов, м;
lp – расстояние между рядами рабочих органов по ходу движения, м;
с1 – количество рядов рабочих органов на раме комплекса, шт.
При l0=0,5lp; Li=0,5·lp·с1 . (3.8)
Подставляя значение L и GП из формул (3.8) и (3.6) в формулу (3.2), получим значение тягового сопротивления почвообрабатывающей части орудия PП, кН, в виде:
(3.9)
Тяговое сопротивление бункера для семян и удобрений РБ, кН зависит от конструктивной схемы агрегата, силы тяжести семян и удобрений в бункере и силы тяжести ходовой части бункера (Рисунок 1.12).
Как видно из рисунка 1.12 в первой и второй конструктивных схемах бункер для семян и удобрений расположен на собственной одноосной или двухосной ходовой части. Однако в первой схеме колеса ходовой части перемещается по стерне, а во второй – по обработанной поверхности. Тогда РБ определяется по зависимостям:
Первая схема – РБ1i=(GX+GБ+GCi+GУi)·µ1, (3.10)
Вторая схема – РБ2i=(GX+GБ+GCi+GУi)·µ2, (3.11)
где GX– сила тяжести ходовой части бункера, кН;
GБ – сила тяжести бункера, кН;
GCi – сила тяжести семян в бункере, кН;
Gyi – сила тяжести удобрений в бункере, кН;
µ1 – коэффициент перекатывания колес по стерне, µ1=0,10…0,15 [4];
µ2 – коэффициент перекатывания колес по обработанному полю,
µ1=0,2…0,3 [4].
В третьей конструктивной схеме бункер для семян и удобрений расположен на прицепном устройстве почвообрабатывающей посевной части комплекса, на собственных ходовых колесах перемещающейся по необработанному полю и его сила тяжести воспринимается ходовыми колесами. Тогда:
РБ3i=(GБ+G′X+GCi+GУi)µ1, (3.12)
где G′X – сила тяжести ходовой части без учета силы тяжести прицепного устройства G1, кН.
В четвертой конструктивной схеме сила тяжести бункера семян и удобрений воспринимается рамой и влияют на тяговое сопротивление комплекса наравне с силой тяжести почвообрабатывающей посевной части комплекса. Тогда:
РБ4i=(GБ+GCi+GУi)f, (3.13)
Выразим значения GX, GБ, GСi, GУi через параметры посевного комплекса и норму высева семян и удобрений [1, 2].
GCi=0,0036QCBvaτсм(Т-Т1), кН, (3.14)
Gyi=0,0036QУBvaτсм(Т-Т1), кН, (3.15)
GБ=0,36σBvaτсмТ()γ0, кН, (3.16)
,кН, (3.17)
, кН, (3.18)
где σ – коэффициент удельной металлоемкости бункера для семян и
удобрений;
– коэффициент удельной металлоемкости ходовой части бункера для семян и удобрений;
QC – норма высева семян, кг/га;
QУ – норма высева удобрений, кг/га;
γС – удельная масса семян, кг/м3;
γУ – удельная масса удобрений, кг/м3;
Т – расчетное время работы агрегата в загоне с одной заправкой, ч;
Т1 – время работы агрегата после заправки, ч;
τсм – коэффициент использования времени смены.
Значения сил GCi, Gyi, GБи Gxопределяется при проектировании бункера для семян и удобрений для максимальных значений нормы высева семян Qcи высева удобрений Qу, а также для максимального допустимого значения времени работы агрегата с одной заправкой Т и ширины захвата комплекса В, проведением прочностных расчетов бункера для семян и удобрений и ходовой части бункера. Тогда при известных значениях сил GCi, Gyi, GБи Gx определяют согласно формуле (3.16) и (3.17) значения коэффициентов металлоемкости бункера σ и ходовой части бункера δ, которые имеют вид:
, (3.19)
, (3.20)
При проектировании нового орудия значения параметров Вi, vai, τсм, Qci, Qуi, Тi, γ0i, γCi, γyi–в формулах (3.14-3.18) принимаются соответствующие к новым условиям работы.
Подставляя полученные значения сил тяжести GX, GБ, GС, GУ в уравнения (3.10…3.13) определим значения тягового сопротивления бункеров для различных конструктивных схем.
1 схема:
, кН (3.21)
2 схема:
, кН (3.22)
3 схема:
,кН(3.23)
4 схема:
, кН. (3.24)
Подставляя значение PП, кН, из формулы (3.9) и значения РБ, кН, для различных конструктивных схем почвообрабатывающих посевных агрегатов из формул (3.21)…(3.24) в формулу (3.1) получим значения тягового сопротивления агрегатов Р, кН, при изменении свойств почвы, глубины посева, нормы высева семян и удобрений, ширины захвата агрегата и времени работы агрегата с одной заправкой.
Результаты исследования.
Рассмотрим по полученным зависимостям изменения тягового сопротивления почвообрабатывающей посевной машины при посеве зерновых культур.
Исходные данные для расчетов представлены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 – Исходные данные для расчетов.
| № п/п | Название параметра | Обозначение | Единица измерения | Значения параметра | |
| 1 | Ширина захвата | В | м | 5…15 | |
| 2 | Коэффициент пропорциональности | f | – | 0,3…0,5 | |
| 3 | Удельное сопротивление почвы | k1i | кН/м2 | 20…50 | |
| 4 | Глубина обработки (посева) | а1i | м | 0,05…0,15 | |
| 5 | Коэффициент характеризующий форму поверхности рабочего органа и свойства почвы | ε | кН·с2/м4 | 1…2 | |
| 6 | Скорость движения агрегата | va | м/с | 2,0…3,5 | |
| 7 | Удельное сопротивление почвы | k2i | кН/м2 | 5…20 | |
| Продолжение таблицы 3.1 | |||||
| 8 | Глубина прикатывания | а2i | м | 0,01…0,05 | |
| 9 | Норма высева семян | QC | кг/га | 100…250 | |
| 10 | Норма высева удобрений | QУ | кг/га | 20…100 | |
| 11 | Удельная масса семян | γС | кг/м3 | 700…900 | |
| 12 | Удельная масса удобрений | γУ | кг/м3 | 800…1200 | |
| 13 | Время работы агрегата с одной заправкой | Т | ч | 0,5…10 | |
| 14 | Время работы после заправки | Т1 | ч | 0…10 | |
| 15 | Коэффициенты металлоемкости посевных комплексов при G1=2,1 кН, G2=48,44 кН, G3=35,04 кН, G4=22,5 кН, GБ=9,5 кН, GХ=33,4 кН, GС1=250 кН, GY=100 кН, QC=250 кг/га, QY=100 кг/га, Т=10 ч, В=12 м, а=0,15 м, k=50кН/м2. |
рамы | β | 1/м2 | 0,17 |
| 16 | рабочих органов | α | – | 0,48 | |
| 17 | приспособлений | η | – | 1,87 | |
| 18 | бункера | σ | – | 0,0024 | |
| 19 | ходовой части | δ | – | 0,077 | |
| 20 | Объемный вес стали | γ0 | кН/м3 | 78,5 | |
| 21 | Суммарная площадь поперечного сечения | S0 | м2 | 0,008 | |
| 22 | Расстояние между рядами рабочих органов | lp1
lp2 |
м
м |
0,5…1,0
1,2…2,1 |
|
| 23 | Количество рядов рабочих органов | с1 | шт. | 2…5 | |
| 24 | Коэффициент перекатывания колес по стерне | µ1 | – | 0,1…0,15 | |
| 25 | Коэффициент перекатывания колес по обработанной почве | µ2 | – | 0,2…0,3 | |
| 26 | Коэффициент использования времени смены | τсм | – | 0,8 | |
Определим тяговое сопротивление почвообрабатывающей посевной части машины согласно зависимости (3.9).Результаты расчетов (рисунок 3.1-3.11) показывают, что на величину тягового сопротивления посевной части посевного комплекса Pп, кН,при рекомендуемой скорости движения агрегата va=3 м/с оказывают влияние глубина хода сошников аi, м, удельное сопротивление почвы для различных типов рабочих органов сошников ki, кН/м2коэффициент пропорциональности f и ширина захвата посевного комплекса В, м. Видно что, значение силы Pп при увеличении ширины захвата от 5 до 15 м, глубины обработки от 0,05 до 0,15 м и удельного сопротивления почвы от 20 до 50 кН/м2 для различных типов сошников изменяется в пределах от 3 кН до 230 кН, что показывает на возможность выбора ширины захвата агрегата В при различных значениях а1 и k1 для агрегатирования с тракторами различного класса тяги.
Наибольшее влияние на величину тягового сопротивления оказывают глубина хода сошников и удельное сопротивление почвы. Из рисунков 3.1-3.3 видно, что при ширине захвата посевного комплекса 12 м для анкерных сошников при увеличении глубины хода сошников от 0,05 м до 0,08 м тяговое сопротивление при удельном сопротивлении почвы 20 кН/м2 возрастает от 19 кН до 33,5 кН, т.е. на 76%, а при увеличении глубины хода сошников от 0,08 м до 0,15 м тяговое сопротивление возрастает от 33,5 кН до 94 кН, т.е. на 180 %. Увеличение удельного сопротивления почвы от 20 кН/м2 до 50 кН/м2 вызывает увеличение тягового сопротивления при глубине хода сошников 0,05 м от 19 кН до 32 кН, т.е. на 68%, при глубине хода 0,08 м от 33,5 кН до 64 кН, т.е. на 91%, а при глубине хода сошника 0,15 м от 94 кН до 185 кН, т.е. на 97%. С увеличением скорости движения агрегата от 2 м/с до 3,5 м/с тяговое сопротивление возрастает при удельном сопротивлении почвы равном 20 кН/м2 и ширине захвата посевного комплекса 12 м от 40 до 46 кН, т.е. на 16% (рисунок 3.4).
Тяговое сопротивление посевной части посевного комплекса при работе с дисковыми сошниками (рисунки 3.5-3.6) при ширине захвата 12 м, при удельном сопротивлении почвы 20 кН/м2, при скорости движения агрегата 3 м/с, при увеличении глубины хода сошника от 0,05 м до 0,08 м возрастает от 11,5 кН до 14 кН, т.е. на 21%, а увеличение удельного сопротивления почвы от 20 кН/м2 до 50 кН/м2 ведет к увеличению тягового сопротилвения при глубине хода сошника 0,05 м от 11,5 кН до 17,5 кН, т.е. на 52%, при глубине хода 0,08 м от 14 до 24, т.е. на 71%. Увеличение скорости движения агрегата от 2 м/с до 3,5 м/сведет к увеличению тягового сопротивления посевной части посевного комплекса при удельном сопротивлении почвы 30 кН/м2 и глубине хода сошника 0,08 м от 16,8 кН до 18кН, т.е. на 7,1% (рисунок 3.7)
Зависимость тягового сопротивления посевной части посевного комплекса с лаповыми сошниками от ширины захвата посевного комплекса предоставлены на рисунках 3,8-3,10. Из рисунков видно, что при ширине захвата посевного комплекса 12 м, скорости движения агрегата 3,0 м/с, при увеличении глубины хода сошников от 0,05 до 0,08 м тяговое сопротивление увеличивается при удельном сопротивлении 20 кН/м2 от 28кН до 28 до 41 кН, т.е. на 46%, а при увеличении глубины хода сошника от 0,08 м до 0,15 м от 41 кН до 69 кН, т.е. на 68%. Увеличение удельного сопротивления почвы от 20 кН/м2 до 50 кН/м2 приводит к увеличению тягового сопротивления при глубине хода сошника 0,05 м от 28 кН до 52 кН, т.е. на 85%, глубине хода сошника 0,08 м от 41 кН до 78,5 кН, т.е. на 91%, а при глубине хода сошника 0,15 м от 69 кН до 141 кН, т.е. на 85%, глубине хода сошника 0,08 м от 41 кН до 78,5 кН, т.е. на 104%. С увеличением скорости движения агрегата от 2 м/с до 3,5 м/с тяговое сопротивление посевной части посевного комплекса возрастает при удельном сопротивлении почвы 30 кН/м2 ширина захвата агрегата 12 м от 48 кН до 57 кН, т.е. на 18% (рисунок 3.11).
Полученные результаты расчетов показывают, что наибольшее тяговое сопротивление имеет посевная часть посевного комплекса с анкерными и лаповыми сошниками.
Рисунок 3.1 – Зависимость тягового сопротивления посевной части посевного комплекса с анкерными сошниками РП, кН, от ширины захвата посевного комплексаВ, м, при глубине хода сошника а1=0,05 м, скорости движения агрегата va=3 м/с, и различных значениях удельного сопротивления почвы k1 кН/м2.
Рисунок 3.2 – Зависимость тягового сопротивления посевной части посевного комплекса с анкерными сошниками РП, кН, от ширины захвата посевного комплексаВ, м, при глубине хода сошника а1=0,08 м, скорости движения агрегата va=3 м/с, и различных значениях удельного сопротивления почвы k1 кН/м2.
Рисунок 3.3 – Зависимость тягового сопротивления посевной части посевного комплекса с анкерными сошниками РП, кН, от ширины захвата посевного комплексаВ, м, при глубине хода сошника а1=0,15 м, скорости движения агрегата va=3 м/с, и различных значениях удельного сопротивления почвы k1 кН/м2.
Рисунок 3.4 – Зависимость тягового сопротивления посевной части посевного комплекса с анкерными сошниками РП, кН, от ширины захвата посевного комплексаВ, м, при глубине хода сошника а1=0,08 м, удельного сопротивления почвы k1 =30 кН/м2, и различных значениях скорости движения агрегата va, м/с.
Рисунок 3.5 – Зависимость тягового сопротивления посевной части посевного комплекса с дисковыми сошниками РП, кН, от ширины захвата посевного комплексаВ, м, при глубине хода сошника а1=0,05 м, скорости движения агрегата va=3 м/с, и различных значениях удельного сопротивления почвы k1 кН/м2.
Рисунок 3.6 – Зависимость тягового сопротивления посевной части посевного комплекса с дисковыми сошниками РП, кН, от ширины захвата посевного комплексаВ, м, при глубине хода сошника а1=0,08 м, скорости движения агрегата va=3 м/с, и различных значениях удельного сопротивления почвы k1 кН/м2.
Рисунок 3.7 – Зависимость тягового сопротивления посевной части посевного комплекса с дисковыми сошниками РП, кН, от ширины захвата посевного комплексаВ, м, при глубине хода сошника а1=0,08 м, удельного сопротивления почвы k1 =30 кН/м2, и различных значениях скорости движения агрегата va, м/с.
Рисунок 3.8 – Зависимость тягового сопротивления посевной части посевного комплекса с лаповыми сошниками РП, кН, от ширины захвата посевного комплексаВ, м, при глубине хода сошника а1=0,05 м, ширине лапы b′=0.27 м, скорости движения агрегата va=3 м/с, и различных значениях удельного сопротивления почвы k1 кН/м2.
Рисунок 3.9 – Зависимость тягового сопротивления посевной части посевного комплекса с лаповыми сошниками РП, кН, от ширины захвата посевного комплексаВ, м, при глубине хода сошника а1=0,08 м, ширине лапы b′=0.27 м, скорости движения агрегата va=3 м/с, и различных значениях удельного сопротивления почвы k1 кН/м2.
Рисунок 3.10 – Зависимость тягового сопротивления посевной части посевного комплекса с лаповыми сошниками РП, кН, от ширины захвата посевного комплексаВ, м, при глубине хода сошника а1=0,15 м, ширине лапы b′=0.27 м, скорости движения агрегата va=3 м/с, и различных значениях удельного сопротивления почвы k1 кН/м2.
Рисунок 3.11 – Зависимость тягового сопротивления посевной части посевного комплекса с лаповыми сошниками РП, кН, от ширины захвата посевного комплексаВ, м, при глубине хода сошника а1=0,08 м, ширине лапы b′=0.27 м, удельного сопротивления почвы k1 =30 кН/м2, и различных значениях скорости движения агрегата va, м/с.
Согласно формул 3.21-3.24 определим тяговое сопротивление бункера для семян и удобрений РБ, кН, при различной норме высева семян Qс, кг/га, и удобрений Qy, кг/га, скорости движения агрегата va, м/с, и времени работы агрегата после заправки бункера Т1, ч, после заправки бункера на определенное время работы агрегата Т, ч.
На рисунках 3.12-3.15 представлены результаты расчетов по определению тягового сопротивления бункера РБ, кН, для различных конструктивных схем агрегата (рисунок 1.12) после заправки бункера семенами и удобрениями из расчета
Т= 4 часа работы. Видно, что по мере работы агрегата в загоне Т1 от 0 до 4 ч тяговое сопротивление бункера РБ, кН, снижается от максимума, который соответствует полной заправке бункера, до минимума, который соответствует тяговому сопротивлению пустого бункера в зависимости от его емкости при различных нормах высева семян и удобрений.
При этом большое влияние на величину тягового сопротивления оказывает норма высева семян Qс, кг/га и удобрений Qy, кг/га, при выбранном значении Т.С увеличением Qс и Qу увеличивается емкость бункера, т.е. сила тяжести семян и удобрений в бункере, увеличивается масса бункера и его ходовой части, что при повышении нормы высева семян Qс со 100 кг/га до 200 кг/га, ведет к увеличению тягового сопротивления практически в два раза (рисунок 3.12-3.15). Аналогично при увеличении скорости движения агрегата va от 2 м/с до 3,5 м/с как следует из формул 3.21-3.24 тяговое сопротивление бункера PБ увеличивается для различных конструктивных схем агрегата на 60-80%.
Большое влияние на величину тягового сопротивления бункера для семян и удобрений РБ оказывает его месторасположения в агрегате. Как показывают результаты расчетов наименьшее тяговое сопротивление РБ имеет схема №3 с расположением бункера на месте прицепного устройства,поскольку у агрегата отсутствует прицепное устройство. (рисунок 3.14)
Далее следует схема №1 (рисунок 3.12) с расположением бункера впереди почвообрабатывающей посевной части, поскольку ходовая часть бункера также идет по стерне, а посевная часть имеет отдельноеприцепное устройство, тяговое сопротивление схемы №1 по сравнению со схемой №3 увеличивается на 4-7%, а тяговое сопротивление схемы №2 по сравнению со схемой №1 увеличивается практически в 2 раза, поскольку ходовое колесо идет по обработанной почве. (рисунок 3.13)
Рисунок 3.12 – Зависимость тягового сопротивления бункера для семян и удобрений РБ1, кН, от времени работы агрегата Т1ч, после заправки бункеров при различных нормах высева семян Qс, кг/га, при скорости движения агрегата va=3 м/с, при норме высева удобрений Qу=50кг/га и количества заправки семян из расчета Т=4 часа работы, коэффициент перекатывания колес по обработанной почве
µ2=0,15 (схема 1).
Рисунок 3.13 – Зависимость тягового сопротивления бункера для семян и удобрений РБ1, кН, от времени работы агрегата Т1ч, после заправки бункеров при различных нормах высева семян Qс, кг/га, при скорости движения агрегата va=3 м/с, при норме высева удобрений Qу=50кг/га и количества заправки семян из расчета Т=4 часа работы, коэффициент перекатывания колес по обработанной почве
µ2=0,25 (схема 2).
Рисунок 3.14 – Зависимость тягового сопротивления бункера для семян и удобрений РБ, кН, от времени работы агрегата Т1ч, после заправки бункеров при различных нормах высева семян Qс, кг/га, и скорости движения агрегата va, м/с, при норме высева удобрений Qу=50кг/га и количества заправки семян из расчета Т=4 часов работы, коэффициент перекатывания колес по стерне µ1=0,15 (схема 3).
Наибольшее тяговое сопротивление имеет схема №4 (рисунок 3.14), где бункер для семян и удобрений расположен на раме посевного агрегата, и вся масса бункера воспринимается ходовой частью почвообрабатывающей посевной части машины. При этом увеличение тягового сопротивления РБ по сравнению со схемой №1 доходит до 2 раз.
В связи с этим при выборе конструктивной схемы почвообрабатывающих посевных машин должны быть учтены полученные результаты расчетов, которые показывают на необходимость снижения ёмкости бункера для семян и удобрений для снижения тягового сопротивления почвообрабатывающей посевной машины, что обеспечит возможность увеличением скорости движения агрегата и производительности агрегата.
Аналогичные данные получены при установленном времени непрерывной работы агрегата Т 2, 4, 6 и 8 часов. Они показывают, что с уменьшением времени Т объём бункера и его масса уменьшается, а также, согласно рисункам 3.12-3.15, снижается сила тяжести семян и удобрений в бункере, что ведет к снижению тягового сопротивления бункера для семян и удобрений РБ и снижению общего тягового сопротивления посевного комплекса.
Рисунок 3.15 – Зависимость тягового сопротивления бункера для семян и удобрений Рб, кН, от времени работы агрегата Т1и после заправки бункеров при различных нормах высева семян Qс, кг/га, и скорости движения агрегата va, м/с, при норме высева удобрений Qу=50кг/га и количества заправки семян из расчета на Т=4 часов работы, коэффициент пропорциональности f=0,3 (схема 4).
Таким образом полученные расчетные формулы для определения тягового сопротивления посевных комплексов, выполненных для различных конструктивных схем, которыесостоят из тяговых сопротивлений посевной части комплекса и бункера для семян и удобрений, позволяют определить зависимости тягового сопротивленияпосевных комплексов от удельного сопротивления почвы, глубины хода сошников, скорости движения агрегата, коэффициентов пропорциональности, типа рабочих органов и ширины захвата агрегата, а также от нормы высева семян и удобрений и установленной времени работы агрегата с одной заправкой.
На основе произведенных расчетов и их анализа установлены параметры посевного комплекса, которые позволяют полностью загрузить трактор тягового класса 5 при посеве сельскохозяйственных культур на почвах с удельным сопротивлением почвы в условиях Южного Урала равно к=20-35 кН/м2. Они составляют:
Ширина захвата посевного комплекса В=12 м;
Ширина междурядья b=0.25 м;
Количество посевных секций n=48 шт;
Емкость бункера для семян V=6 м3;
Емкость бункера для удобрений V=4м3;
Времени работы агрегата с одной заправкой Т=4 ч;
Глубина посева а1=0,05-0,1 м.
При изменении глубины посева тяговое сопротивление посевного комплекса преодолевается трактором изменением скорости движения агрегата.
3.2 Определение производительности агрегата с посевным комплексом ПК-12.
На основе произведенных расчетов (раздел 3.1) установлено, что для агрегатирования трактора класса тяг 5 с мощностью двигателя 300-350 л.с. (220-266 кВт) при различных глубине посева, скорости движения агрегата и удельного сопротивления почвы рациональным значением ширины захвата посевного комплекса является 12 м. при его конструктивном исполнении в вариантах схем 1 и 3 (рисунок 1.12). С учетом работы агрегата с одной заправкой в течении четырех часов определим производительность работы агрегата при различных глубине хода сошника, свойств почвы, нормы высева семян и удобрений.
В общем случае производительность работы агрегата , га/ч с посевном комплексом ПК-12 определяется по формуле:
, га/ч (3.25)
где B – ширина захвата агрегата, мB=12 м;
va – скорость движения агрегата, м/с;
τсм – коэффициент использования времени смены, примем τсм=0.8
Ширина захвата и скорость движения агрегата с посевнымкомплексом ПК-12 зависит от мощности трактора Nе, кВт.При этом мощность на крюке трактора NКр, кВт, определяется как:
, отсюда , (3.26)
где ηТ – КПД трансмиссии трактора;
ηТ=0,6 – для колёсного трактора;
ηТ=0,7 – для гусеничного трактора;
РКр – тяговое усилие на крюке трактора, кН;
η – коэффициент использования тягового усилия на крюке трактора
η=0,9-0,95;
Р – тяговое сопротивление посевного комплекса, кН;
РП – тяговое сопротивление почвообрабатывающей части посевного комплекса, кН;
РБ – тяговое сопротивление бункера для семян и удобрений, кН.
Подставляя полученное значение vaиз формулы (3.26) в формулу (3.25), имеем:
(3.27)
Значение силы РП определяется по формуле (3.9), а значение силы РБ для конструктивной схемы 1 определяется по формуле (3.21).
Результаты расчетов производительности агрегата , га/ч, при различных значениях глубины посева, удельного сопротивления почвы, нормы высева семян и удобрений при Т=4 ч; а Т1=0-4 ч.
Исходные данные для расчетов представлены в таблице 1.1.
Рисунок 3.16 – Зависимость тягового сопротивления бункера для семян и удобрений PБ1, кН, от времени работы агрегата после заправки Т1, ч. и нормы высева семян Qc, кг/га при Qу=50 кг/га, В=12 м, vа=3м/с, (схема №1).
Рисунок 3.17 – Зависимость производительности агрегата , га/ч, с посевным комплексом с анкерными сошниками от глубины хода сошников а1, м, при Qс=150 кг/га, Qу=50 кг/га, В=12 м, vа=3м/с, при различных k1, кН/м2, и времени работы агрегата после заправки Т1, ч.
Рисунок 3.18 – Зависимость производительности агрегата , га/ч, с посевным комплексом с анкерными сошниками от глубины хода сошников а1, м, при k1, =30 кН/м2, Qу=50 кг/га, В=12 м, vа=3м/с, при различных Qс кг/га, и времени работы агрегата после заправки Т1, ч.
Рисунок 3.19 – Зависимость производительности агрегата , га/ч, с посевным комплексом с анкерными сошниками от глубины хода сошников а1, м, при k1, =30 кН/м2, Qс=150 кг/га, Qу=50 кг/га, В=12 м, при различных vа, м/с, и времени работы агрегата после заправки Т1, ч.
Рисунок 3.20 – Зависимость производительности агрегата , га/ч, с посевным комплексом с дисковыми сошниками от глубины хода сошников а1, м, при Qс=150 кг/га, Qу=50 кг/га, В=12 м, vа=3м/с, при различных k1, кН/м2, и времени работы агрегата после заправки Т1, ч. 
Рисунок 3.21 – Зависимость производительности агрегата , га/ч, с посевным комплексом с дисковыми сошниками от глубины хода сошников а1, м, при k1, =30 кН/м2, Qу=50 кг/га, В=12 м, vа=3м/с, приразличныхQс кг/га, и времени работы агрегата после заправки Т1, ч.
Рисунок 3.22 – Зависимость производительности агрегата , га/ч, с посевным комплексом с дисковыми сошниками от глубины хода сошников а1, м, при k1, =30 кН/м2, Qс=150 кг/га, Qу=50 кг/га, В=12 м, при различных vа, м/с, и времени работы агрегата после заправки Т1, ч.
Рисунок 3.23 – Зависимость производительности агрегата , га/ч, с посевным комплексом с лаповыми сошниками от глубины хода сошников а1, м, при Qс=150 кг/га, Qу=50 кг/га, В=12 м, vа=3м/с, при различных k1, кН/м2, и времени работы агрегата после заправки Т1, ч.
Рисунок 3.24 – Зависимость производительности агрегата , га/ч, с посевным комплексом с лаповыми сошниками от глубины хода сошников а1, м, при k1, =30 кН/м2, Qу=50 кг/га, В=12 м, vа=3м/с, при различных Qс кг/га, и времени работы агрегата после заправки Т1, ч.
Рисунок 3.25 – Зависимость производительности агрегата , га/ч, с посевным комплексом с лаповыми сошниками от глубины хода сошников а1, м, при k1, =30 кН/м2, Qс=150 кг/га, Qу=50 кг/га, В=12 м, при различных vа, м/с, и времени работы агрегата после заправки Т1, ч.
4 Разработка конструктивной схемы и обоснование параметров пневматической системы дозирования, транспортирования и распределения семян и удобрений посевного комплекса.
На основе анализа существующих пневматических систем отечественных и зарубежных посевных комплексов нами выбрана одноступенчатая пневматическая система с наддувом воздуха в бункер и эжекторном питателем, которая обеспечивает бесперебойную равномерную подачу семян в семяпроводы (рисунок 1.14). Для распределения семян по сошникам могут быть использованы распределители семян, расположенные на раме горизонтально или расположенные на вертикальной стойке.
Как показали результаты расчетов (глава 3) для тракторов класса тяги 5 ширина захвата посевного комплекса составляет 12 м при ширине междурядья 0,25 м и количестве сошников равной 48 шт. При таких параметрах агрегат может работать при глубине хода сошников от 5 до 8 см на скоростях от 2 до 3,5 м/с при удельном сопротивлении почвы, находящимся пределах от 20 до 40 кН/м2, обеспечивая производительность агрегата от 7 до 12 га/ч.
При известных схеме транспортирования семян и параметров посевного комплекса количество дозаторов равно 6 шт., количество выходных патрубков из распределителей семян равно 8 шт. Необходимо обосновать параметры пневматической системы дозирования, транспортирования и равномерного распределения семян по сошникам.
Работоспособность пневматической системы на посевных комплексах зависит от правильного выбора производительности вентилятора, которая определяет скорость воздуха в пневмосистеме в зависимости от диаметра семяпровода и скорость перемещения семян. Если производительность вентилятора будет недостаточна, то семена в семяпроводах прекращают движение и процесс посева прекращается. Если производительность вентилятора будет высока, то семена воздушным потоком будут выбрасываться из-под сошника на поверхность почвы, будет происходить ускоренный износ семяпроводов и увеличивается потребная мощность на привод вентилятора. Требуемая производительность вентилятора зависит от ширины захвата сеялок (от количества сошников), от нормы высева семян, от скорости движения агрегата, от физико-механических свойств семян. Для обеспечения работоспособности вентилятора во всех режимах необходимо знать требуемые минимальную и максимальную его производительность. В промежуточных режимах для различных культур производительность вентилятора можно регулировать изменением частоты вращения вала вентилятора.
Равномерность распределения семян по сошникам зависит от объемной концентрации семян в пневмосистеме сеялки, которая определяется по зависимости:
, (4.1)
где – объем семян в элементарном объеме воздуха за единицу времени, м³/с;
– элементарный объем воздуха, поступающий в рассматриваемую область за единицу времени, м³/с.
Объем семян можно определить по расходу семенного материала за единицу времени. Расход семян за единицу времени , определяется по формуле:
, (4.2)
где – ширина захвата сеялки, м;
– скорость движения агрегата, м/с;
– заданная норма высева семян, кг/га.
При известной плотности зерна , кг/м³, можно определить объем семян , м³/с, по формуле:
( 4.3)
Зная количество сошников на сеялке , шт., можно определить объем семян на семяпроводах сошников , м³/с, в виде:
(4.4)
Работоспособность пневмосистемы обеспечивается при постоянном расходе воздуха для любого сечения семяпровода. Тогда объем воздуха, выходящего из вентилятора , м³/с, определяется как:
, (4.5)
где – скорость воздушного потока на выходе из вентилятора, м/с;
– площадь выходного отверстия вентилятора, м²;
– диаметр выходного отверстия вентилятора, м.
Объем воздуха, проходящий через семяпроводы сошников , м³/с, можно определить зная количество сошников , шт., в виде:
(4.6)
С учетом отсутствия потерь расхода воздуха в пневмосистеме, используя уравнения (4.5) и (4.6), для выбранной конструктивной схемы пневмосистемы можно записать выражение баланса расхода воздуха в виде:
(4.7)
где – скорость воздушного потока в семяпроводах сошников, м/с;
– диаметр семяпровода сошника, м.
Из выражения (4.7) можно определить скорость, м/с в виде:
. (4.8)
Отсюда видно, что в зависимости от диаметра семяпроводов и от количества выходов из распределителя происходит изменение скоростей воздушного потока на границах перехода. Это ведет к пропорциональному изменению скорости семян в семяпроводах. Снижение скорости перемещения семян в значительной степени происходит при вертикальном подъеме в вертикальных трубах распределителей. Требуемую скорость воздуха для свободного перемещения семян в вертикальных трубах , м/с, рекомендуется определить по формуле:
, (4.9)
где – средняя скорость витания семян, м/с;
Кз – коэффициент запаса (Кз=1,2).
Значения скорости , м/с, для различных культур представлены в таблице 4.1.
Таблица 4.1. Требуемые рабочие скорости воздуха , м/с,для свободного перемещения семян различных культур.
| Культура | Скорость витания Vвит, м/с | Средняя скорость Vвит, м/с | Рабочая скорость воздуха , м/с | |
| Мин. | Макс. | |||
| Горох | 15,5 | 17,5 | 16,5 | 24,1 |
| Кукуруза | 12.5 | 14,0 | 13,3 | 21,9 |
| Пшеница | 8,9 | 11,5 | 10,2 | 19,8 |
| Ячмень | 8,4 | 10,8 | 9,6 | 19,4 |
| Чечевица | 8,3 | 9,8 | 9,1 | 19,0 |
| Овес | 8,1 | 9,1 | 8,6 | 18,7 |
| Просо | 6,7 | 8,8 | 7,8 | 18,1 |
| Удобрения гран. | 3,7 | 11,0 | 7,4 | 17,9 |
| Гречиха | 4,4 | 8,0 | 6,2 | 17,1 |
Как видно, из таблицы 4.1 в зависимости от высеваемой культуры, скорость воздушного потока, в свою очередь и производительность вентилятора меняется до 1,4 раза. Для посева всех зерновых культур и удобрений достаточно иметь скорость воздушного потока в 20 м/с, а при посеве гороха необходимо поднять скорость воздушного потока до 24 м/с.
Расчет для выбранной пневмосистемы для посева зерновых культур представлен в таблице 4.2.
Как видно из таблицы 4.2 оптимальным набором параметров пневмосистемы для выбранной ширины схемы пневмосистемы можно считать варианты (dв = 120 мм, d2 = 100 мм, d3= 100 мм, d4= 64 мм, dс= 32 мм).
| № п/n | dв диаметр выходного отверстия вентилятора
и входного отверстия делителя потока воздуха |
d2 диаметр выходного отверстия делителя воздуха и входного отверстиядозатора высевающего аппарата | d3 диаметр выходного отверстия дозатора вентилятора и входного отверстия раструба | dс диаметр выходного отверстия распределителя и входного отверстия сошника | n2 количество выходных отверстий делителя воздуха | n3 количество патрубуков распределителя семян | v1 скорость движения воздушного потока от вентилятора до делителя воздуха | v2 скорость движения воздушного потока от делителя воздуха до высевающего аппарата | v3 скорость движения воздушного потока от высевающего аппарата до распределителя | vc скорость движения воздушного потока от распределителя до сошника |
| 1 | 120 | 100 | 100 | 32 | 6 | 8 | 62,5 | 30 | 30 | 24,4 |
| 2 | 120 | 64 | 32 | 32 | 6 | 8 | 17,1 | 8,2 | 20 | 6,7 |
| 3 | 120 | 64 | 32 | 32 | 6 | 8 | 17,1 | 20 | 20 | 6,7 |
| 4 | 120 | 64 | 32 | 32 | 6 | 8 | 17,1 | 20 | 20 | 10,9 |
| 5 | 120 | 100 | 32 | 32 | 6 | 8 | 60,0 | 20 | 20 | 16,3 |
| 6 | 120 | 64 | 32 | 32 | 6 | 8 | 36,9 | 30 | 30 | 10,0 |
| 7 | 120 | 64 | 25 | 25 | 6 | 8 | 36,9 | 30 | 30 | 16,4 |
| 8 | 120 | 64 | 25 | 25 | 6 | 8 | 24,6 | 20 | 20 | 10,9 |
Таблица 3.2 Расчет скорости воздушного потока в зависимости от параметров пневмосистемы
Снижение диаметров трубопровода от дозатора до распределителя со 100 до 64 мм приводит к необходимости снижения производительности вентилятора в 2,5 раза, что ведет к снижению энергозатрат и износу семяпроводов.
В лабораторных условиях изучены равномерность распределения семян по сошникам горизонтальными и вертикальными распределителями семян, которые показали, что равномерность зависит от наклона распределителей в горизонтальной плоскости, т.е. от величины уклоны поверхности поля. Установлено, что в горизонтальной плоскости с уклоном в ноль градусов равномерность распределения семян по сошникам при количестве выходных патрубков до 12 шт. находиться в пределах 4-8%, а при уклоне до 50 доходит до 20-28 %. В связи с этим в посевном комплексе ПК-12 количество выходных патрубков из распределителей принято равной восьми, что обеспечивает неравномерность высева 4-6%.
Для выравнивания потока семян, поступающих в сошники при работе на полях с уклоном поверхности поля с вертикальным распределителем семян предлагается конструкция выравнивателя потока семян для пневматических сеялок, которая устанавливается на вертикальной трубе распределителя (рисунок 4.1).
1 – труба; 2 – отражатель; 3 – грузик
Рисунок 4.1– Выравниватель потока семян
Выравниватель потока семян состоит из трубы 1 одинакового диаметра с вертикальной трубой распределителя, четырех отражателей 2 с грузиками 3, которые закреплены к трубе шарнирно. Отражатели при работе на равнине прилегают к трубе и не влияют на направление движения семян. При наклоне агрегата, например, вправо, труба наклоняется вместе с агрегатом, а отражатель остается в вертикальном состоянии за счет грузика и начинает создавать препятствие движению семян. При этом отраженные семена начинают направляться в сторону вверх по склону. А это обеспечивает выравнивание потока семян по всему сечению трубы распределителя. Так как величина отклонения отражателя относительно трубы зависит от крутизны склона, то отражатель автоматически изменяет количество отраженных семян в зависимости от крутизны склона.
Так как агрегат может наклоняться в любом направлении (направо, налево, вперед, назад), то отражатели установлены с четырех сторон и каждая из них работают по вышеописанному принципу. Если агрегат наклоняется одновременно, например, направо и вперед, то включаются в работу два отражателя.
Лабораторные исследования [11] показали, что установка выравнивателя потока семян в вертикальную трубу повышает неравномерность распределения семян по сошникам при работе на склонах до 9,70 до 8-9% вместо 28-30% при работе без выравнивателя.
При пневматическом транспортировании семян на зерновых сеялках имеется возможность сеять полосным способом при полном использовании ширины лапы. Однако при избыточном давлении воздушного потока в подлаповом пространстве происходит вынос семян на поверхность поля или застревание семян в верхних слоях почвы. Это особенно проявляется при значительном превышении скорости воздуха. Кроме этого, происходит повышение давления в подлаповом пространстве, что ведет к повышению затрат энергии для привода вентилятора.
Для решения данной проблемы предлагается установить перед сошником отделитель воздуха (рисунок 4.2), который состоит из трубы1, наружный и внутренний диаметры которого соответствуют диаметрам семяпровода. На верхней части трубы 1 для соединения с семяпроводом приваривается труба 2 с внутренним диаметром, равным наружному диаметру семяпровода. С четырех сторон трубы 1 вырезаются окошки прямоугольной формы 3 для выхода воздуха. К нижней границе окошек приваривается усечённый конус 4 для предотвращения потерь семян.
1 – внутренняя труба; 2 – наружная труба; 3 – окошко; 4 – усеченный конус
Рисунок 4.2– Отделитель воздуха
При работе сеялки смесь воздуха и семян поступает в отделитель воздуха, где воздух свободно выбрасывается наружу из окошек. А семена, имеющие скорость 10…20 м/с, по инерции пролетают через отделитель воздуха и ударяются по отражателю семян сошника. Так как семена имеют большую скорость, они отлетают от отражателя на такое же расстояние, как и при наличии воздуха. Поэтому ширина полосы посева в подлаповом пространстве остается такой же, как и без отделителя воздуха. Так как воздух в подлаповое пространство под давлением не поступает, то семена полностью остаются на семенном ложе и не выносятся на поверхность почвы.
При работе с другими типами сошников семена показывают на семенное ложе для семян и остаются на месте.
5 Разработка чертежно-конструкторской документации посевного комплекса ПК-12
5.1 Разработка 3D модели
Посевной комплекс предназначен для посева семян зерновых, зернобобовых, кормовых и масленичных культур рядовым и узкорядным способами по минимальной или традиционной технологии возделывания сельскохозяйственных культур.
Посевной комплекс ПК-12 состоит из следующих основных узлов
(рисунок 5.1):
— Почвообрабатывающая посевная часть;
— Посевные секции;
— Бункер для семян и удобрений;
— Распределители семян.
Рисунок 5.1 – Общий вид посевного комплекса (ПК-12)
1 – бункер с емкостями для семян и удобрений;2 – прицепная почвообрабатывающая посевная часть; 3 – навесные посевные секции
Посевная секция (рисунок 2) для сеялок с механическим и пневматическим высевом семян состоит из корпуса (1) с параллелограммным подвесным устройством (4) с кронштейном крепления посевной секции к раме сеялки (3), гидроцилиндра (5), опорного колеса, совмещенного на оси с дисковым ножом (7), и прикатывающего колеса (6), которые соединены между собой телескопической тягой (2) и составляют с нижней частью корпуса посевной секции четырехзвенный механизм, сменных сошников (анкерные, дисковые, килевидные, лаповые) (8).
Глубина хода посевной секции регулируется вращением ручки телескопической тяги (2), которая, меняя свою длину, изменяет высоту установки опорного и прикатывающего колес. Для удобства установки всех посевных секций на одинаковую глубину на тяге прикатывающего колеса расположен указатель (9), а на корпусе посевной секции – шкала (10).
Сила сжатия сошников посевной секции регулируется при помощи редукционного гидроклапана, установленного на раме орудия. Равномерное распределение силы на штоки гидроцилиндров посевных секций обеспечивается гидроаккумулятором.
Рисунок 5.2 – Посевная секция
5.1.2 Бункер прицепной пневматический
В состав прицепного бункера (рисунок 5.3) входит рама с одноосным шасси (1). На раме располагается бункер (2) для посевного материала, состоящий из двух отсеков. Для обеспечения работы пневматической высевающей системы отсеки бункера имеют герметично закрывающиеся люки (3). Для обслуживания и заправки посевным материалом на бункере установлены лестница, поручни и подножки (4).
В пневматическую высевающую систему входит вентилятор (5) центробежного типа, дозаторы катушечного типа, снабженные одноступенчатой многоканальной пневмосистемой с эжекторным питателем и наддувом бункера (6), распределители семян, пневматические трубопроводы, соединяющие вышеназванные составные части и семяпроводы соединяющие распределители семян и сошники. Привод центробежного вентилятора осуществляется от гидромотора (7), соединяющегося с гидросистемой энергосредства. Привод высевающих аппаратов осуществляется от опорного колеса бункера через цепную передачу и бесступенчатый редуктор.
Для регулировки нормы высева семян и удобрений предусмотрен бесступенчатый редуктор (9).
Бункер снабжен датчиками поступления семян в каждый семяпровод, датчиком уровня семян в бункере, датчиком оборотов приводного вала для контроля работы дозаторов, а также электромагнитной муфтой (10) для отключения привода к дозаторам семян. Для быстрой загрузки семенного материала установлен шнековый загрузчик (11) со светодиодным освещением, позволяющий производить погрузку в темное время суток.
Рисунок 5.3 – Общий вид бункера для семян и удобрений
На раме посевного комплекса установлены восьмиканальные распределители семян, которые обеспечивают неравномерность распределения семян в пределах 4…6%.
Распределитель (рисунок 5.4) состоит из делительной головки (1), кронштейна крепления семяпровода (2) и кронштейна крепления к раме (3).
Рисунок 4 – Общий видраспределителя семян
5.1.4 Почвообрабатывающая посевная часть
Почвообрабатывающая посевная часть посевного комплекса
(рисунок 5.5) представляет собой трехсекционную раму (1), на поперечных брусьях которой установлены посевные секции (2). К центральной раме почвообрабатывающей части слева и справа крепятся боковые секции, соединенные с ней шарнирно.
Для управления почвообрабатывающей частью на раме смонтирована гидравлическая система с цилиндрами (3), соединенные с гидравлической системой трактора, которая позволяет переводить боковые секции из транспортного положения в рабочее и обратно.
Перевод рамы почвообрабатывающей посевной части комплекса в транспортное положение осуществляется гидравлическими цилиндрами передних (4) и задних колес (5) почвообрабатывающей части. Передние колеса поворотные самоустанавливающиеся, задние – неповоротные.
Рисунок 5.5 – Общий вид почвообрабатывающей посевной части
Горизонтальность и высота рамы почвообрабатывающей части над поверхностью поля настраивается за счет установки набора клипс разной толщины (1) на штоки гидравлических цилиндров (2) опорных и транспортных колес (рисунок 5.6). Неиспользованные клипсы остаются на специальном держателе (3).
В конструкции рамы использованы толстостенные профильные трубы из стали 09Г2С, отличающейся отличной свариваемостью и повышенной прочностью.
Рисунок 5.6 –Регулировки высоты рамы над поверхностью поля
5.2 Приборы и аппаратура контроля за процессом посева и работы узлов посевного комплекса ПК-12.
Главной задачей систем контроля высева «СКИФ» (рисунок 5.7) является контроль технологических параметров работы посевного комплекса, оперативное получение сведений о неисправностях для максимально быстрого устранения проблем. И, как следствие, снижение затрат в посевной сезон и получение максимальной прибыли.
СКПК контролирует:
факт пролета семян к сошнику по двум независимым линиям;
наличие семян и/или удобрений в бункерах сеялки;
частоту вращения вентилятора;
факт вращения валов дозатора;
скорость движения ПК;
засеянная площадь;
целостность цепи подключения датчиков пролета семян ДПП;
напряжение в сети питания и надежность контакта присоединения системы к цепи питания.
Предоставляемая информация:
номер забившегося сошника;
номер сошника, датчик пролета семян которого неисправен;
скорость движения комплекса;
засеянная площадь (га) и отработанное время с момента ввода в эксплуатацию;
текущая засеянная площадь (с момента сброса счетчика площади);
отсутствие вращения валов высевного агрегата;
снижение уровня посевного материала или удобрений в бункере ниже установленного;
частота вращения 2х вентиляторов сеялки;
снижение напряжения в бортовой сети трактора и нарушения цепи питания СКПК (в случае возникновения аварий — осуществляется звуковая и визуальная сигнализация).
Для отображения информации о процессе сева выведен монитор с графическим ЖК- дисплеем.
Рисунок 5.7 — Состав СКПК СКИФ:
БСД – блок сбора данных; ДДБ – Датчик давления бункера; ДФА – Датчик уровня заполнения бункера; ДПП – датчик пролета семян
Рисунок 5.8 – Блок схема СКИФ 28
5.3 Моделирование и расчет узлов в системе Компас 3D
Моделирование, разработка чертежно-конструкторской документации и расчет узлов производились в системе КОМПАС-3D, примеры представлены на рисунках 5.9, 5.10.
КОМПАС-3D – это российская система трехмерного проектирования, ставшая стандартом для тысяч предприятий и десятков тысяч профессиональных пользователей.
Система КОМПАС-3D широко используется для проектирования изделий основного и вспомогательного производств в таких отраслях промышленности, как машиностроение (транспортное, сельскохозяйственное, энергетическое, нефтегазовое, химическое и т.д.), приборостроение, авиастроение, судостроение, станкостроение, вагоностроение, металлургия, промышленно-гражданское строительство, товары народного потребления и т. д.
Используя полученные результаты расчетов по определению сил, действующих на рабочие органы (глава 2) и на орудие (глава 3) проведены прочностные расчеты рамы, отдельных узлов (кронштейнов передних и задних опорных колес, кронштейнов крепления рабочих органов, балансиры и др.), рабочих органов.
В качестве примера расчета, представлен кронштейн крепления рабочего органа к раме (рисунок 5.10).
Для расчета данного узла была создана 3D модель, затем в модуле APMFEM разбита на сетку для расчета по МКЭ (метод конечных элементов). После разбития на сетку были заданы закрепления (на пластине, прилегающей к раме) и задана нагрузка (в отверстиях крепления тяг). Затем были выведены результаты расчетов, а именно, коэффициент запаса прочности (2,025), максимальное перемещение (0,12 мм), максимальные напряжения (117,5 Мпа). Результаты расчетов показали, что выбранные параметры кронштейна обеспечивают достаточную надежность данного узла.
Рисунок 5.9 – Примеры чертежно-конструкторской документации
Рисунок 5.10 – Пример расчета кронштейна крепления посевной секции к раме
6. Результаты экспериментальных исследований посевного комплекса ПК-12
Экспериментальные исследования посевного комплекса ПК-12 проведены в следующих направлениях:
— изучение выбранной схемы пневматической системы дозирования, транспортирования и распределения семян по сошникам в лабораторных условиях с целью определения влияния скорости воздуха при работе вентилятора на равномерность распределения семян и удобрений по сошникам.
— изучение работоспособности посевной секции в лабораторных условиях в почвенном канале Южно-Уральского ГАУ с целью определения необходимой величины силы сжатия пружины или гидроцилиндра для обеспечения минимума тягового сопротивления при соблюдении устойчивости хода сошника по глубине согласно агротехническим требованиям:
— изучение работы посевного комплекса ПК-12 в полевых условиях с целью определения влияния глубины хода сошников и скорости движения агрегата на тяговое сопротивление посевного комплекса, устойчивость хода сошников по глубине и производительность агрегата.
6.1 Определение параметров пневмосистемы
Как показали результаты расчетов при выбранной конструктивной схеме пневматической системы дозирования, транспортирования и распределения семян по сошникам рисунок 1.22 на равномерность распределения семян по сошникам оказывает основное влияние скорость воздуха в пневмосистеме и диаметра семяпроводов. В соответствии с расчетами в пневматической системе ПК-12 выбраны и установлены вентилятор, обеспечивающий необходимую скорость воздуха в пневмосистеме, выбраны комплект катушек с разными рабочими объемами, обеспечивающими пределы регулирования нормы высева семян различных культур, распределительные головки с восемью патрубками для сошников и семяпроводы соответствующего диаметра.
В процессе посева сельскохозяйственных культур основным требованием к работе посевного комплекса является соблюдение заданной нормы высева семян и удобрений и равномерное распределение их по дну бороздки открытой сошником, которые напрямую зависят от работы дозаторов пневматической системы.
Для обеспечения этих требований проведен расчет дозаторов на выполнение заданной нормы высева семян и удобрений в следующей последовательности.
Количество семян, высеваемых за один оборот катушки дозатора m, кг, определяется по следующей формуле:
(6.1)
гдеD – диаметр приводного колеса, м; для ПК-12 D=0,92 м.
–ширина захвата сеялки высеваемых одной катушкой дозатора;
– передаточное отношение от колеса к приводному валу дозатора;
– коэффициент проскальзывания колеса, ;
Q– норма высева семян или удобрений, кг/га
В свою очередь
(6.2)
гдеb – ширина междурядья, м; b=0,25 м,
– количество сошников, обслуживаемых одним дозатором, шт; n=8 шт.
(6.3)
гдеV0 – рабочий объем катушки, м3;
— объемная масса семян или удобрений, кг/м3.
Подставляя (6.2) и (6.3) в формуле (1) получим:
(6.4)
Как видно из формулы (6.4) значение передаточного отношения зависит от многих факторов.
Однако для конкретного посевного комплекса ПК-12 при известных D, b, n и η передаточное отношение зависит от нормы высева семян или удобрений Q, от рабочего объема катушки V0,и объемной массы семян или удобрений, q.
Норма высева семян Q, кг/га, для различных культур составляет:
— для зерновых культур 100-250 кг/га,
— для бобовых культур 100-300 кг/га,
— для семян трав 2-15 кг/га,
— для удобрений 20-100 кг/га. Норма внесения удобрений при посеве Q=20-100 кг/га.
Рабочий объем катушки V0, м3, определяется по формуле:
V0= Vж+ Vа; (6.5)
В свою очередь:
(6.6)
(6.7)
где – объем семян, попавших в желобки катушки, м3;
– объем семян в активном слое семян, м3;
— площадь одного желобка катушки, м2;
— длина рабочей части катушки, м;
— количество желобков на катушке, шт.;
— диаметр катушки, м;
с – приведенный активный слой семян вокруг катушки.
На основе результатов расчетов по формулам (6.5 – 6.7) для посева семян различных культур выбраны катушки, параметры которых представлены в таблице 6.1.
Таблица 6.1 — Параметры катушек дозатора для высева семян различных культур
| Культура | dk, м | lр, м | nж | Vж, м3 | Va, м3 | V0, м3 |
| Бобовые | 0,08 | 0,085 | 6 | 0,000248 | 0,00014 | 0,000388 |
| Зерновые | 0,08 | 0,085 | 10 | 0,000164 | 0,00076 | 0,00024 |
| Рапс/вика | 0,08 | 0,085 | 10 | 0,000096 | 0,000051 | 0,000147 |
| Семена трав | 0,08 | 0,085 | 20 | 0,00001 | 0,000028 | 0,000038 |
Объемная масса семян q, кг/м3, для различных культур имеет следующие значения:
— горох 850 кг/м3
— пшеница 780 кг/м3
— рожь 720 кг/м3
— ячмень 650 кг/м3
— овес 450 кг/м3
— вика 840 кг/м3
— люцерна 830 кг/м3
Для удобрений:
— аммиачная селитра -890 кг/м3
— мочевина -660 кг/м3
— суперфосфат гранулир — 1140 кг/м3
— суперфосфат двойнит — 1090 кг/м3
— хлористый калий — 940 кг/м3
— аммофос — 1180 кг/м3
— диаммофос — 780 кг/м3
При известных исходных данных, согласно формулы (6.4) можно определить значения передаточного iдля различных культур и для различных норм высева семян, т.е.
(6.8)
При заданных значениях нормы высева семян Q, кг/га, выбранного значения рабочего объема катушки V0, м3 для соответствующей культуры и объемной массы семян и удобрений q, кг/м3, можно определить величину передаточного отношения iдля любой культуры и удобрений.
В качестве примера определены значения передаточного отношения iдля высева семян пшеницы с различной нормой высева Q, кг/га, (таблица 6.2).
Таблица 6.2 — Значения передаточного отношения i при различных значениях нормыдля высева семян пшеницы
| Q, кг/га | 120 | 140 | 160 | 180 | 200 | 220 | 240 | 250 |
| i | 0,39 | 0,455 | 0,52 | 0,585 | 0,65 | 0,715 | 0,78 | 0,812 |
Передаточное отношение i от производного колеса к валу дозатора зависит от схемы механизма привода (рисунок 6.1).
Опорное колесо, с установленной на диске звездочкой;
Первая пара звездочек с передаточным отношением, i1;
Электрическая муфта;
Вторая пара звездочек с передаточным отношением, i2;
Третья пара звездочек с передаточным отношением, i3;
Бесступенчатый редуктор с передаточным отношением, i4;
Рисунок 1. Схема передачи вращения от опорного колеса к валу дозаторов посевного комплекса.
Согласно схемы передачи (рисунок 6.1)iопределяется по зависимости:
(6.9)
— передаточное отношениебесступенчатого редуктора
При ; ; ; ; ; ;
.
Тогда при известных для различных норм высева семян Q, кг/га величина iрегулируется в пределах:
Передаточное отношение , , – имеют постоянные значения. — передаточное отношение бесступенчатого редуктора регулируется плавно под нужную для установки норму высева семян величину. В пределах от 0,074 до 0,154. Для других культур и удобрений рассчитывается аналогично.
Далее были исследованы равномерность высева семян между отдельными дозаторами при посеве семян пшеницы. Для этого при поднятом положении колеса и установленном передаточном отношении iпрокручивали за колесо 40 оборотов со скоростью соответствующей скорости движения агрегата Va=3 м/с и определили количество семян высеянных каждой катушкой дозаторов отдельно. Результаты опытов позволили убедится в соответствии высева семян дозаторов в пределах агродопуска ()
(таблица 6.3).
Таблица 6.3- Результаты опытов по определению равномерности высева семян между дозаторами.
| № дозатора | Высев семян за 40 оборотов колеса Gi, г | Разница Gi— Gср, г | Отклонение от среднего, % |
| 1 | 4390 | -11 | -0,24 |
| 2 | 4438 | +37 | +0,8 |
| 3 | 4470 | +69 | +1,56 |
| 4 | 4396 | -5 | -0,11 |
| 5 | 4338 | -63 | -1,43 |
| 6 | 4374 | -27 | -0,61 |
| ∑ Gi, 2 | 26406 | ||
| Gср, 2 | 4401 |
Из полученных данных следует, что отклонение в дозировании семян отдельными дозаторами находится в пределах от-1,43% до 1,56%, что находится в пределах допуска .
Наиболее сложнымв работе пневмосистемы является достижение равномерности распределения семян делительными головками по сошникам. На основе опытов установлено, что равномерность распределения семян по сошникам зависит от скорости воздуха в пневмосистеме, диаметра и расположения семяпроводов на раме, высоты расположения и наклона делительной головки от изгибов и длины семяпроводов и величины подсошникового пространства и т.д.
Опыты показали, что для выбранной пневмосистемы с шестью дозаторами и восьми выходными патрубками от делительной головки к сошникам наибольшую равномерность обеспечивают при установке оборотов вентилятора равными 2500-2600 об/мин. При этом достигнуты следующие результаты (таблица 6.4).
Таблица 6.4 – Результаты опытов
| № патрубка | Распределение семян по сошникам,Gi, г | Разница Gi— Gср, г | Отклонение от среднего, % |
| 1 | 478 | 18 | +3,9 |
| 2 | 480 | 20 | +4,3 |
| 3 | 467 | 7 | +1,5 |
| 4 | 446 | -14 | -3,0 |
| 5 | 485 | 25 | +5,4 |
| 6 | 432 | -28 | -6,0 |
| 7 | 442 | -18 | -3,9 |
| 8 | 451 | -9 | -1,9 |
| ∑ Gi | 3681 | ||
| Gср | 460 |
Полученные данные показывают, что неравномерность высева семян между отдельными сошниками находятся в пределах от -6,+-0% до +5,4%, что превышает допустимые значения .
При изменении ширины захвата и ширины междурядья посевного комплекса необходимы при постоянном количестве дозаторов в пневмосистеме делительные головки с различным количеством выходных патрубков к сошникам.
В связи с этим необходимо провести дальнейшие исследования по разработке конструкции делительных головок вертикального и горизонтального их расположения на раме посевного комплекса.
6.2. Результаты экспериментальных исследований посевной секции на почвенном канале.
6.2.1. Экспериментальная установка для изучения работы посевной секции.
Для проведения экспериментальных исследований разработана тензометрическая посевная секция, которая позволяет определить силы, действующие на сошник, опорное и прикатывающие колеса, силу поджатия пружины или гидроцилиндра (рисунок 6.2, 6.3).
Рисунок 6.2 – Тензометрическая посевная секция для определения сил на опорное и прикатывающее колесо
Опыты проведены на почвенном канале Южно-Уральского ГАУ. Для определения сил, действующих на посевную секцию в процессе работы кронштейна 1 тензометрической посевной секции, был прикреплен к регулируемой по высоте рамке 1 (Рисунок 6.4) тележке, установленной на рельсах почвенного канала, скорость перемещения тележки регулируется универсальным регулятором скорости через рычаг управления в пределах 0,5-1,5 м/с. Глубина хода рабочих органов в опытах установлены 5, 7, 9 и 11 см.
Рисунок 6.3 – Тензометрическая посевная секция для определения сил тягового сопротивления сошника и усилия на пружине сжатия или штоке гидроцилиндра
Рисунок 6.4 – Почвенный канал Южно-Уральского ГАУ
В опытах изучены процесс работы анкерных, дисковых и лаповых сошников (рисунок 6.5, 6.6, 6.7).
Рисунок 6.5 – Тензометрическая посевная секция для определения сил тягового сопротивления сошника с установленным анкерным сошником
Рисунок 6.6 – Тензометрическая посевная секция для определения сил на опорном и прикатывающем колесе с установленным лаповым сошником
Рисунок 6.7 – Тензометрическая посевная секция для определения сил тягового сопротивления сошника и усилия на пружину сжатия с установленным дисковым сошником
В первой серии опытов определили силу поджития пружины, и силу тягового сопротивления сошников при различных скоростях движения равные 0,5; 1,0 и 1,5 м/с и глубине хода сошника равные 5, 7, 9 и 11 см.
Во второй серии опытов определили реакции почвы на опорное и прикатывающее колесо в тех же значениях глубины хода сошников и скорости движения тележки.
Запись производили с использованием измерительного комплекса MIC-400 (рисунок 6.8).
Количество опытов.
1 серия: 3 скорости, 4 значения глубины хода сошника, 3 типа сошника = 36 опытов.
2 серия: 3 скорости, 4 значения глубины хода сошника, 3 типа сошника = 36 опытов.
Всего произведено 72 опыта.
Рисунок 6.8 – Измерительный комплекс MIC-400
В опытах определили влажность почвы, которая находилась в пределах 21-23%, и твердость почвы, которая на глубине хода сошника имеет значение 17-19 кН/м2.
Результаты экспериментальных исследований, проведенных на почвенном канале представлены на рисунках 6.9-6.18.
Из рисунка 6.9-6.11 видно, что тяговое сопротивление всех типов сошников, полученных экспериментально с увеличением глубины хода сошников, увеличиваются, аналогично теоретическим, полученных в результате расчетов. Однако текущее значение сил в зависимости от состояния почвы изменяются скачкообразно.
Рисунок 6.9 – Зависимость тягового сопротивления анкерного сошника RX, кН, посевной секции от глубины хода сошников а1, м, при различных значениях от удельного сопротивления почвы k1, кН/м2, (для теоретических зависимостей) и от скорости движения посевной секции va, м/с, (для экспериментальных данных).
Увеличение скорости движения посевной секции (в пределах возможных в почвенном канале) от 0,5 м/с до 1,5 м/с величина тягового сопротивления возрастает для различных типов сошников по разном. Наибольшее возрастание наблюдается для лаповых сошников.
Рисунок 6.10 – Зависимость тягового сопротивления дискового сошника RX, кН, посевной секции от глубины хода сошников а1, м, при различных значениях от удельного сопротивления почвы k1, кН/м2, (для теоретических зависимостей) и от скорости движения посевной секции va, м/с, (для экспериментальных данных).
Рисунок 6.11 – Зависимость тягового сопротивления лапового сошника RX, кН, посевной секции от глубины хода сошников а1, м, при различных значениях от удельного сопротивления почвы k1, кН/м2, (для теоретических зависимостей) и от скорости движения посевной секции va, м/с, (для экспериментальных данных).
На рисунках 6.12-6.14 представлены необходимые значения силы сжатия пружины или гидроцилиндра для поддержания сошников на установленной глубине хода с увеличением глубины хода их значения увеличиваются на необходимую величину. Наибольшее значение силы поджатия требуется для анкерных сошников.
Рисунок 6.12 – Зависимость силы поджатия сошников F1, кН для анкерного сошника посевной секции от глубины хода сошников а1, м, при различных значениях от удельного сопротивления почвы k1, кН/м2, (для теоретических зависимостей) и от скорости движения посевной секции va, м/с, (для экспериментальных данных).
Рисунок 6.13 – Зависимость силы поджатия сошников F1, кН для дискового сошника посевной секции от глубины хода сошников а1, м, при различных значениях от удельного сопротивления почвы k1, кН/м2, (для теоретических зависимостей) и от скорости движения посевной секции va, м/с, (для экспериментальных данных).
Рисунок 6.14 – Зависимость силы поджатия сошников F1, кН для лапового сошника посевной секции от глубины хода сошников а1, м, при различных значениях от удельного сопротивления почвы k1, кН/м2, (для теоретических зависимостей) и от скорости движения посевной секции va, м/с, (для экспериментальных данных).
На рисунках 6.15-6.17 приведены значения сил, возникающие на опорном QZO, кН, и прикатывающем QZП, кН, колесах в процессе работы посевной секции. Видно, что значения этих сил имеют небольшие значения и изменяются в небольших пределах в зависимости от состояния поверхности поля. Небольшие значения реакции почвы на опорном и прикатывающем колесах имеет анкерные сошники, поскольку сила поджатия пружины для удержания сошника на заданной глубине также находится в больших пределах.
Полученные экспериментальные значения сил, действующих на сошники, пружины или гидроцилиндра поджатия сошников и реакции почвы на опорных и прикатывающих колесах идентичны теоретическим зависимостям, что подтверждает адекватность теоретических данных реальному процессу.
В полевых условиях величины этих сил будут выше, полученных в почвенном канале, в следствии разницы удельного сопротивления.
Рисунок 6.15 – Экспериментальные зависимости реакции почвы на опорном QZO, кН, и прикатывающем QZП, кН, колесах посевной секции с анкерным сошником от глубины хода сошника а1, м, и различных значениях скорости движения посевной секции va, м/с.
Рисунок 6.16 – Экспериментальные зависимости реакции почвы на опорном QZO, кН, и прикатывающем QZП, кН, колесах посевной секции с дисковым сошником от глубины хода сошника а1, м, и различных значениях скорости движения посевной секции va, м/с.
Рисунок 6.17 – Экспериментальные зависимости реакции почвы на опорном QZO, кН, и прикатывающем QZП, кН, колесах посевной секции с лаповым сошником от глубины хода сошника а1, м, и различных значениях скорости движения посевной секции va, м/с.
6.3 Результаты экспериментальных исследований посевного комплекса ПК-12
6.3.1 Условия проведения экспериментальных исследований
Экспериментальные исследования посевного комплекса ПК-12 проведены в ООО «Хлебинка» Верхнеуральского района Челябинской области 1-2 июня 2020 года. Рельеф поля выбранного участка имеет уклон от 0 до 1,20. Поле после уборки кукурузы на силос, возделываемой по нулевой технологии без обработки почвы. Влажность почвы на глубине 0-30 см находится в пределах от 19,5 до 20,9%, а на глубине посева 0-10 см – 20, 4…20,6 6%. Средняя твердость почвы на глубине 0…20 см составляет 2,55…2,7МПа, а на глубине 0-10 см составляет от 2,2 до2,55 МПа.
Агрегат состоит из трактора CLAASXERION 3800 и посевного комплекса ПК-12. При определении тягового сопротивления всего агрегата вместе с трактором использован трактор CLAASXERION4500. Технические характеристики тракторов и посевного комплекса ПК-12 приведены в таблицах 6.1 и 6.2.
Таблица 6.5 – Технические характеристики тракторов CLAASXERION 4500 и 3800
| Показатели | Ед. изм. | XERION4500 | XERION3800 | |
| 1 | Мощность двигателя | кВт л.с. |
355
483 при1800 об\мин |
253
344 |
| 2 | Вес | кг | 17230 | 10200 |
| 3 | Рабочая скорость | км/ч | 5-25 | 5-25 |
| 4 | Транспортная скорость | км/ч | 50 | 50 |
Таблица 6.6 – Технические характеристики посевного комплекса ПК-12
| Показатели | Ед. изм. | Значения | |
| 1 | Ширина захвата | м | 12 |
| 2 | Масса (сила тяжести агрегата)
— прицепа — рамы — рабочих органов — приспособлений — бункера — ходовой части |
кН
кН кН кН кН кН |
2,1
48,44 35,04 22,5 9,5 33,4 |
| 3 | Сила тяжести посевной части
Gп=G1+G2 +G3 +G4 |
кН | 108,1 |
| 4 | Сила тяжести бункера
GБ +Gх |
кН | 42,9 |
| 5 | Общая сила тяжести | кН | 151,0 |
Общий вид агрегата, состоящего из трактора CLAASXERION 3800 и посевного комплекса ПК-12 представлены на рисунках 6.1 (вид сверху), 6.2 (в работе), 6.3 (в положении дальнего транспорта) и 6.4 (в положении ближнего транспорта).
Рисунок 6.1 – Общий вид агрегата CLAASXERION 3800 и посевного комплекса ПК-12 (вид сверху)
Рисунок 6.2 – Общий вид агрегата в работе
Рисунок 6.3 – Агрегат с посевным комплексом ПК-12 в положении дальнего транпорта
Рисунок 6.4 – Агрегат с посевным комплексом ПК-12 в положении положение ближнего транспорта
Для определения тягового сопротивления посевной части посевного комплекса при различной глубине хода сошников и скорости движения агрегата бункер для семян был отсоединен и опыты проводились без бункера (рисунок 6.5). При этом между трактором и бункером устанавливалось тензозвено для определения тягового сопротивления (рисунок 6.6). Для записи сигналов использовался измерительный комплекс MIC-400D, установленный в кабине трактора. Опыты проводились на глубине 5,1 и 8,4 см при установленных скоростях движения агрегата 7,9 и 11 км/ч. В опытах определяли глубину хода сошников, ап, см, скорость движения агрегата Vа, км/ч, и тяговое сопротивление посевной части комплекса Рп, кН.
Рисунок 6.5 – Посевная часть посевного комплекса ПК-12 в агрегате с трактором (присоединен через тензометрическое звено)
Рисунок 6.6 – Тензовено на 10 т
| Глубина хода сошников, см | Сред. кв. отклонение глубины хода сошников, см | Скорость движения агрегата, Va,км/ч | Тяговое сопр., кН | Сред. кв. отклонение тягового сопр., кН | Удельное сопротивление, кН/м2 | Произв. агрегата, |
||||
| а1 | Ϭа1 | Установл. | Фактич. | Коэф. буксов., % | Рп | Ϭрп | Орудия, k0 | Почвы, k1 | W, га/ч | |
| 1 | 5,1 | 0,33 | 7 | 6,61 | 5,5 | 39,32 | 3,8 | 60,54 | 25,9 | 6,34 |
| 2 | 5,1 | 0,35 | 9 | 8,43 | 6,3 | 43,9 | 3,93 | 67,74 | 28,4 | 8,09 |
| 3 | 5,1 | 0,37 | 11 | 9,98 | 9,2 | 46,72 | 4,53 | 72,09 | 29,8 | 9,58 |
| 4 | 8,4 | 0,53 | 7 | 6,62 | 5,4 | 57,95 | 4,16 | 57,5 | 32,92 | 6,35 |
| 5 | 8,4 | 0,54 | 9 | 8,05 | 10,2 | 65,45 | 4,83 | 64,94 | 38,62 | 7,72 |
| 6 | 8,4 | 0,58 | 11 | 9,87 | 10,5 | 72,0 | 5,26 | 71,42 | 41,24 | 9,47 |
Результаты опытов приведены в таблице 6.3
Таблица 6.3 — Результаты испытаний ПК-12 (ООО «Хлебинка» Верхнеуральский район 1-2 июня 2020).
Результаты опытов показывают, что посевной комплекс ПК-12 с установленными посевными секциями работает устойчиво по глубине хода сошников. При увеличении скорости движения агрегата от 7 до 11 км/ч и глубины хода сошников равной а1=5,1 см среднеквадратическое отклонение глубины хода сошников равно Ϭа=0,33-0,37 см, а при а=8,4 Ϭа=0,53-0,58 см, что ниже допустимых значений среднеквадратического отклонения глубиныϬа= см для зерновых культур. С увеличением скорости движения агрегата производительность агрегата увеличивается от 6,34 га/ч при скорости движения Va=7км/ч до 9,58 га/ч при скорости движения Va=11 км/ч. Таким образом разработанный посевной комплекс ПК-12 в агрегате с трактором класса тяги 5 отвечает агротехническим требованиям по глубине заделки семян и по величине тягового сопротивления посевной части посевного комплекса.
Гребнитость поверхности поля после прохода посевного комплекса не превышает 3 см. (рисунок 6.8), что находится в пределах допустимого.
Рисунок 6.8 – Определение гребнистости рельефа поля после прохода агрегата
6.3.4 Результаты опытов по определению коэффициента перекатывания колес
Коэффициенты перекатывания колес трактора и бункера определили отдельно.
При движении по стерне на скорости Va=7км/ч, протаскиванием их через тензозвено тяговое сопротивление траткора составляетРтр=10,54 кН.
При движении по стерне на скоростиVa= 9км/ч, Ртр=10,57 кН.
Тогда коэффициент перекатывания колес по необработанной стерне определяется по формуле:
где Gтр – сила тяжести трактора CLAASXERION 3800, кН.Gтр=102 кН.
Тогда:
При протаскивании трактора по обработанному с осени полю тяговое сопротивление составляет:Ртр=17,95 кН;
Тогда:
По свежеобработанной почве тяговое сопротивление составляет:Ртр=29,27 кН;
Тогда:
При известных коэффициентах перекатывания колес можно определить тяговое сопротивление бункера для семян и удобрений при различных величинах их заполнения (таблица 6.4)
Таблица 6.4 — Результаты расчетов по определению тягового сопротивления бункера для семян и удобрений при различных величинах заполнения бункера.
| № | GБ, кН | GС, кН | GБ+ GС, кН | РБ=(GБ+ GC)∙μ1, кН | ||
| μ1=0,103 | μ2=0,176 | μ3=0,287 | ||||
| 1 | 42,9 | 0 | 42,9 | 4,41 | 7,55 | 12,31 |
| 2 | 42,9 | 20 | 62,9 | 6,48 | 11,1 | 18,05 |
| 3 | 42,9 | 40 | 82,9 | 8,54 | 14,6 | 23,8 |
| 4 | 42,9 | 60 | 102,9 | 10,6 | 18,1 | 29,5 |
| 5 | 42,9 | 80 | 122,9 | 12,6 | 21,6 | 35,3 |
| 6 | 42,9 | 100 | 142,9 | 14,7 | 25,2 | 41,0 |
Зная тяговое сопротивление бункера для семян и удобрений РБ и тяговое сопротивление посевной части посевного комплекса общее тяговое сопротивление посевного комплекса можно определить складывая их, т.е.
Р=РБ+РП
6.3.5. Определение тягового сопротивления агрегата методом двойной тяги
Для определения тягового сопротивления агрегата использовали метод двойной тяги (рисунок 6.9). Впереди агрегата использован трактор CLAASXERION 4500 с мощностью двигателя 355 кВт, который связан с агрегатом через тензометрическое звено. Тогда тяговое сопротивление агрегата Р, кН, состоит их трех составляющих, то есть:
Р= РП+РБ+Ртр,
где Рп – тяговое сопротивление посевной части агрегата, кН
РБ – тяговое сопротивление пустого бункера, кН;
Ртр – тяговое сопротивление трактора CLAASXERION 3800, кН.
Результаты опытов представлены в таблице 6.5.
Таблица 6.5. Тяговое сопротивление агрегата Р=РП+РБ+Ртр
| № | Глуб. хода сошника, см | Скорость Va, км/ч | Тяговое сопр.
Р, кН |
Ртр,
кН |
РБ,
кН |
Рп,
кН |
ϬРп, кН | ||
| а | Ϭа | Установ. | Действ. | ||||||
| 1 | 8,4 | 0,54 | 7 | 6,65 | 72,22 | 10,55 | 4,41 | 57,96 | 4,2 |
| 2 | 8,4 | 0,58 | 9 | 8,22 | 80,43 | 10,55 | 4,41 | 65,47 | 4,53 |
Рисунок 6.9 – Определение тягового сопротивления агрегата
6.3.6. Определение радиуса и времени разворота агрегата с посевными комплексами ПК-12
Проведены опыты по определению радиуса и времени разворота агрегата в составе трактора CLAASXERION 3800 и посевного комплекса ПК-12 при движении на различных скоростях движения агрегата (рисунок 6.10)
При скорости движения 10 км/ч минимальный радиус разворота по центру агрегата составляет 8,5 м, а при скорости разворота 12 км/ч радиус разворота составляет 9,83 см. При этом крайнее внутреннее колесо практически стоит на месте неподвижно.
Время разворота агрегата от начала выглубления сошников до их заглубления в обоих случаях составляет 24 с.
Рисунок 6.10
6.3.7. Определение показателей всходов семян после посева посевными комплексом ПК-12
В хозяйстве ООО «Хлебинка» посевными комплексом ПК-12 в мае месяце проведены посевы льна и пшеницы. На рисунках 6.11 показаны всходы льна, а на рисунке 6.12 всходы пшеницы.
Посев льна проведен с нормой высева 40 кг/га. Количество всходов в рядке на длине одного метра составляет 292 – 312 шт.
Глубина заделки семян 3-4 см.
Равномерность высева в пределах агротехнических требований.
Посев пшеницы проведен с нормой высева 110 кг/га. Количество всходов на длине одного метра составляет 96-107 шт. Глубина заделки семян 4,5-5,1 м.
Рисунок 6.11 – Всходы льна после посева с ПК-12
Рисунок 6.12 – Всходы пшеницы после посева с ПК-12
Посев льна проведен на площади … га, а посев пшеницы на площади … га. Урожайность льна составила …… ц/га, а урожайность пшеницы составила … ц/га.
7. Разработка рекомендации по совершенствованию и созданию универсального посевного комплекса.
Экспериментальные исследования макетного образца посевного комплекса ПК-12 выявили его недостатки и пути их устранения, которые заключаются в следующем:
Большая трудоемкость регулирования силы поджатия пружин посевной секции при изменении условий работы посевного комплекса.
Для быстрого регулирования силы поджатия посевных секций при изменении условий работы посевного комплекса предложено заменить пружины поджатия гидроцилиндрами, при помощи которых можно поддерживать постоянное давления в гидросистеме при помощи регулятора давления автоматически, а регулятор давления в гидросистеме можно установить в кабине трактора.
В конструктивной схеме посевного комплекса большое расстояние от дозаторов бункера до распределителей семян, установленных на раме посевной части, что ведет при уменьшении скорости воздуха в пневмосистеме к забиванию семяпроводов.
Для устранения этого недостатка предлагается в усовершенствованной конструкции посевного комплекса прицепное устройство посевной части установить под бункером для семян и удобрений или бункер установить непосредственно на прицепном устройстве.
Неравномерность высева семян между отдельными сошниками находится в пределах от 6 до 8%, что выше агротехнических требований 4%. Для увеличения равномерности высева семян ведется исследования по усовершенствованию конструкции распределителей семян и удобрений, расположенных на раме вертикально или горизонтально.
Большая металлоемкость отдельных узлов посевного комплекса. В усовершенствованной конструкции посевного комплекса уточняются конструктивные параметры рамы посевной секции, бункера для семян и удобрений, а также намечаются нагруженные узлы рамы, бункера и ходовой части изготовит из высокопрочной стали Magstrong.
Посевной комплекс не обеспечивает возможность бинарного способа посевасемян различных культур.
В новой конструкции бункера для семян и удобрений предусмотрена возможность посева двух и более культур. Для этого совершенствуется система распределения семян и удобрений по сошникам путем их чередования.
Разработанный посевной комплекс ПК-12 предназначен для работы с тракторами класса тяги 5 и имеет ширину захвата 12 м при ширине междурядья равной 0,25 м, снабжен 48 сошниками и производит посев семян на глубину от 5 до 10 см при удельном сопротивлении почвы в пределах от 20 до 40 кН/м2.
Возникает правильный вопрос – как быть если в хозяйстве нет трактора класса тяги 5 или необходимо изменить ширину междурядья, что ведет к увеличению количества сошников и изменению количества дозаторов и распределителей семян, или изменилась глубина заделки семян и удобрений и свойства почвы.
Ответ – необходимо разработать для этих условий новый посевной комплекс.
В связи с этим возникает необходимость разработки и создания нового универсального посевного комплекса, который отвечает следующим требованиям:
— возможность агрегатирования с тракторами класса тяги 1,4 – 8.
— должен обеспечить:
— посев семян и удобрений на глубину 2-15 см,
— норму высева семян 2-300 кг/га;
— норму высева удобрений 20-200 кг/га;
— бинарный посев различных культур;
— возможность работы в различных почвенно-климатических условиях
— должен выполнить агротехнические требования к глубине посева и равномерности распределения семян;
— должен иметь малое тяговое сопротивление и большую производительность агрегата.
С учетом этих требований разработана конструктивная схема универсального посевного комплекса, конструктивные особенности которого представлены ниже.
Для расширения технологических возможностей известного посевного комплекса за счет обеспечения возможности агрегатирования его с тракторами класса тяги 1,4-8 и проведения бинарного способа посева семян различных культур секционная рама посевной части комплекса содержит от 1 до 5 секций, составленных из однотипных модулей шириной захвата 2; 3 и 4 м и обеспечивающих с интервалом 2 м ширину захвата посевного комплекса от 4 до 20 м(рисунок 7.1).
Секционная рама посевной части комплекса расположена на опорных колесах, установленных в передней и задней частях рамы, причем передние опорные колеса выполнены в виде тандема, способствующего снижению колебаний рамы при движении по неровностям рельефа поля, а для снижения колебания посевных секций по высоте и увеличения устойчивости хода сошников по глубине посева расположенные на раме в четыре ряда посевные секции установлены между передними и задними опорными колесами. При этом в зависимости от ширины захвата посевного комплекса количество дозаторов с катушками и горизонтальных или вертикальных распределителей на раме посевной части находятся в пределах от 2 до 8 шт.Количество выходных патрубков от распределителя семян и удобрений, составляет 6, 8, 10, 12 и 15 шт. в зависимости от ширины междурядья, находящейся в пределах от 0,15 до 0,33 м, при глубине заделки семян в пределах 2-15 см. Равномерность подачи семян с различной нормой высева обеспечивается установкой в дозаторы сменных катушек с различным рабочим объемом косопоставленных желобков. Привод на вал катушек каждой секции бункера осуществляется от опорных колес через звездочки, электромуфту отключения привода на дозаторы при переводе посевного комплекса в транспортное положение и бесступенчатый редуктор. Для обеспечений бесперебойной и равномерной подачи семян и удобрений в пневмосистему использована одноступенчатая схема распределения семян и удобрений с наддувом бункера для семян и удобрений и применением в дозаторе эжектора для создания разряжения на месте приема семян и удобрений в пневмосистему.
Рисунок 7.1 – Универсальный посевной комплекс
В универсальном посевном комплексе сменные катушки дозаторов для посева семян различных культур в зависимости от размеров семян и нормы высева имеют косопоставленные желобки с разной площадью их поперечного сечения, причем для непрерывной подачи семян в семяпроводы желобки катушек расположены под углом, обеспечивающим непрерывную подачу семян в пневмосистему за счет перекрытияподачисемян передним желобком на половину ширины последующего желобка.
Для обеспечения постоянной силы поджатия на посевную секцию при движении посевного комплекса по неровностям рельефа поверхности поля механизм поджатия посевной секции вместо пружины сжатия снабжен гидроцилиндром, величина давления которого поддерживается постоянной за счет регулятора давления масла в гидросистеме, установленного в кабине трактора.
Для снижения габаритных размеров посевного комплекса по длине и уменьшения длины семяпроводов от дозаторов до распределителей семян и удобрений прицепная серьга присоединения прицепного устройства посевной части комплекса расположена под бункером, или бункер для семян и удобрений расположен непосредственно на прицепном устройстве посевной части посевного комплекса.
Предлагаемая конструкция универсального посевного комплекса для посева сельскохозяйственных позволяет расширить технологические возможности посевного комплекса с пневматическим высевом семян для обеспечения бинарного способа посева различными типами сошников. с возможностью установки сменных двухдисковых, анкерных, килевидных, Т-образных и лаповых сошников.
Для обеспечений бесперебойной и равномерной подачи семян и удобрений в пневмосистему посевного комплекса использована одноступенчатая система распределения семян и удобрений с наддувом воздуха в бункер для семян и удобрений и применением в дозаторе эжектора для создания разряжения на месте приема семян и удобрений в пневмосистему.
Предлагаемый универсальный посевной комплекс для посева сельскохозяйственных культур (рисунок 7.1) состоит из секционной рамы 1, прицепного устройства 2, передних опорных колес 3, задних опорных колес 4, бункера для семян и удобрений 5, с рамой 6 и ходовыми колесами 7, посевной секции 8. Рама 1 посевного комплекса одно, трех или пяти секционная, посевной комплекс имеет ширину захвата B=4÷20 м., ширина междурядья регулируется в пределах b=0,15…0,33м. перемещением сошников по поперечным брусьям рамы. Сошники расположены в четыре ряда, два передних — для посева семян одних культур, а два задних – для посева семян других культур, причем м, а , для обеспечения возможности регулировок сошников.
Перевод посевной части посевного комплекса в транспортное положение осуществляется при помощи гидроцилиндров, установленных на передних 3 и задних 4 опорных колесах.
Бункер для семян и удобрений 5 (рисунок 7.1) состоит из четырех секций: I и II из которых – для удобрений, а секции III и IV – для семян различных культур. Каждая секция снабжена катушечными дозаторами 9 с косопоставленными желобками (с расположением желобков под углом к оси катушки), количество которых зависит от ширины захвата посевного комплексаи количества горизонтальных или вертикальных распределителей 10 семян и удобрений на раме посевной части посевного комплекса. Дозаторы 9 каждой секции получают вращение от опорных колес 7, через пару звездочек 11 электромуфту 12 и бесступенчатый редуктор 13 на каждый вал четырех дозирующих устройств. Норма высева семян и удобрений отдельных секций регулируется изменением скорости вращения катушек дозаторов через бесступенчатый редуктор и заменой катушек с различным объемом рабочей части катушек. Для высева семян различных культур в комплекте предусмотрены четыре типа катушек с различным рабочим объемом. При изменении количества дозаторов производительность вентилятора регулируется изменением его оборотов при помощи гидромотора от гидросистемы трактора.
В зависимости от нормы высева семян различных культур и удобрений емкость отдельных секций регулируется поворотом перегородок 14 в нужном направлении из расчета одновременного расхода семян и удобрений в процессе работы с дальнейшей их фиксацией в установленном положении. При высеве семян одной культуры перегородки устанавливаются в средние положения и дозаторы III и IV секции регулируются на одинаковую норму высева семян, а дозаторы I и II секции – на одинаковую норму высева удобрений.
На раме посевной части посевного комплекса установлены распределители семян и удобрений по сошникам с различным количеством выходных патрубков с их горизонтальным расположением на раме или с расположением распределителя семян и удобрений на вертикальной трубе.
Посевная секция (рисунок 7.2) состоит из корпуса 15 посевной секции, которая связана с рамой сеялки через параллелограммное подвесное устройство 16 и гидроцилиндр 18 с кронштейном 17, дискового ножа 19 и опорного колеса 20, расположенных на общей оси стойки 21, прикатывающего колеса 22 со стойкой 23. Кронштейн 24 стойки 21 опорного колеса 20 и кронштейн 25 стойки 23 прикатывающего колеса 22 связаны между собой регулируемой по длине тягой 26, длина которой регулируется ручкой 27. Тяга 26 служит для регулирования глубины хода сошников 31. Сошники 31 крепятся к корпусу 15 посевной секции через основной болт 28 и срезной болты 29, которые служат для предохранения сошников 31 от поломок при наезде на препятствие. Сзади стойки сошника устанавливается патрубок 30 для подачи семян и удобрений на дно бороздки, открытой сошником. При внесении удобрений и семян различных культур разные типы сошников устанавливаются на место сошника 31.
Рисунок 7.2 – Посевная секция
Присоединение корпуса посевной секции 15 к раме посевного комплекса через гидроцилиндр 18, давление масла в котором удерживается постоянным регулятором давления масла, установленным в кабине трактора, обеспечивается постоянная величина силы сжатия корпуса, к почве что способствует равномерной глубине хода сошника, независимо от колебаний рамы посевного комплекса при движении по неровностям рельефа поверхности поля.
Сменные катушки 32 (рисунок 7.3 а и б) для высева семян различных культур в зависимости от размеров семян высеваемых культур и нормы высева семян имеют косопоставленные желобки 33 различного размера. На посевной комплекс поставляется четыре комплекта сменных катушек с диаметром
D=0,06-0,09 м, и ширины lk=0,05-0,12 м. Для обеспечения равномерной и непрерывной подачи семян в семяпроводы желобки катушки расположены под углом, обеспечивающим перекрытие подачи семян передним желобком на половину ширины последующего желобка.
Для расширения возможностей агрегатирования посевного комплекса с тракторами класса тяги 1,4-8, рама посевной части комплекса должна быть секционной с количеством секций от одного до пяти, составленных из однотипных модулей шириной захвата В1=4 м, В2=3 м, В3=2 м, (рисунок 7.1) и обеспечивающих с интервалом 2 м ширину захвата посевного комплекса от 4 до 20 м. При посеве семян различных культур и в зависимости от почвенно-климатических условий хозяйства ширина междурядья находится в пределах от 15 до 33 см, что приводит к изменению количества посевных секций на раме посевной части комплекса. Изменение количества посевных секций при различныхширине захвата посевного комплекса и ширине междурядья приводит к изменению количества дозаторов на дне бункере и распределителей на раме посевной части посевного комплекса. Результаты расчетов по определению количества дозаторов и распределителей семян и количества выходов семяпроводов из распределителя семян, при различных ширине захвата и ширине междурядья посевного комплекса представлены в таблице.
Рисунок 7.3 – Сменные катушки
Таблица. Значения ширины захвата посевного комплекса В, м, количества дозаторов n1, шт., распределителей семян n2, шт., патрубков для семяпроводов из распределителей семян n3, шт., общее количество семяпроводов и сошников n0, шт., при различных количествах модулей n4, шт., и ширины междурядий b, м.
| В, м | Кол-во
n4, шт.,и типы модулей (фиг. 1) |
Заданное bзад, м | Кол-во дозаторов n1, шт. распред. семян,
n2, шт. |
Кол-во семяпров.
n0, шт. |
Действит.
знач. ширины междурядья b, м. |
Кол-во
n3, шт. |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 20 | 5В1 | 0,15 | 8 | 120 | 0,16 | 15 |
| 20 | 5В1 | 0,2 | 8 | 96 | 0,21 | 12 |
| 20 | 5В1 | 0,25 | 8 | 80 | 0,25 | 10 |
| 20 | 5В1 | 0,3 | 8 | 64 | 0,31 | 8 |
| 18 | 3В1+2В2 | 0,15 | 8 | 120 | 0,15 | 15 |
| 18 | 3В1+2В2 | 0,2 | 8 | 96 | 0,19 | 12 |
| 18 | 3В1+2В2 | 0,25 | 8 | 80 | 0,23 | 10 |
| 18 | 3В1+2В2 | 0,3 | 8 | 64 | 0,28 | 8 |
| 16 | В1+4В2 | 0,15 | 8 | 96 | 0,16 | 12 |
| 16 | В1+4В2 | 0,2 | 8 | 80 | 0,2 | 10 |
| 16 | В1+4В2 | 0,25 | 8 | 64 | 0,25 | 8 |
| 16 | В1+4В2 | 0,3 | 8 | 48 | 0,33 | 6 |
| 14 | В1+2В2+2В3 | 0,15 | 8 | 96 | 0,145 | 12 |
| 14 | В1+2В2+2В3 | 0,2 | 8 | 64 | 0,22 | 8 |
| 14 | В1+2В2+2В3 | 0,25 | 8 | 48 | 0,29 | 6 |
| 14 | В1+2В2+2В3 | 0,3 | 8 | 48 | 0,29 | 6 |
| 12 | 3В1 | 0,15 | 8 | 80 | 0,15 | 10 |
| 12 | 3В1 | 0,2 | 8 | 64 | 0,19 | 8 |
| 12 | 3В1 | 0,25 | 8 | 48 | 0,25 | 6 |
| 12 | 3В1 | 0,3 | 6 | 36 | 0,33 | 6 |
| 10 | В1+2В2 | 0,15 | 8 | 64 | 0,156 | 8 |
| 10 | В1+2В2 | 0,2 | 6 | 48 | 0,21 | 8 |
| 10 | В1+2В2 | 0,25 | 6 | 36 | 0,28 | 6 |
| 10 | В1+2В2 | 0,3 | 4 | 32 | 0,31 | 8 |
| 8 | В1+2В3 | 0,15 | 6 | 48 | 0,16 | 8 |
| 8 | В1+2В3 | 0,2 | 6 | 36 | 0,22 | 6 |
| 8 | В1+2В3 | 0,25 | 4 | 32 | 0,25 | 8 |
| 8 | В1+2В3 | 0,3 | 4 | 24 | 0,33 | 6 |
| 6 | 3В3 | 0,15 | 4 | 40 | 0,15 | 10 |
| 6 | 3В3 | 0,2 | 4 | 32 | 0,19 | 8 |
| 6 | 3В3 | 0,25 | 4 | 24 | 0,25 | 6 |
| 6 | 3В3 | 0,3 | 2 | 20 | 0,3 | 10 |
| 4 | В1 | 0,15 | 4 | 24 | 0,16 | 6 |
| 4 | В1 | 0,2 | 2 | 20 | 0,2 | 10 |
| 4 | В1 | 0,25 | 2 | 16 | 0,25 | 8 |
| 4 | В1 | 0,3 | 2 | 12 | 0,33 | 6 |
Представленные в таблице результаты расчетов показывают, что сменными модулями шириной захвата 2; 3 и 4 метра можно обеспечить с интервалом 2 метра ширину захвата посевного комплекса от 4 до 20 метров.
При этом для посева сельскохозяйственных культур с междурядьем 0,15; 0,2; 0,25; и 0,3 м при установленных под бункером для семян и удобрений количестве дозаторов, равном от 2 до 8 шт., необходимо иметь горизонтально или вертикально установленные распределители семян с выходными патрубками для семяпроводов, обслуживающими сошники одним распределителем семян в количестве равном 6, 8, 10, 12 и 15 шт. Количество необходимых посевных секций для комплектования посевного комплекса шириной захвата от 4 до 20 м и шириной междурядья от 0,15 до 0,3 м находится в пределах от 12 до 120 шт. Тогда заводу изготовителю, имея запас сменных модулей с разной шириной захвата, посевных секций со сменными сошниками, опорные колеса для установки впереди и сзади рамы, бункеров для семян и удобрений, а также вентиляторов, дозаторов со сменными катушками, распределителей семян и удобрений с разным количеством патрубков для семяпроводов и семяпроводов разного диаметра, можно комплектовать посевной комплекс согласно любому заказу потребителя
Для обеспечения непрерывной и равномерной подачи семян и удобрений в пневмосистему посевного комплекса при случайном изменении давления воздуха в бункере использована одноступенчатая система распределения семян и удобрений с наддувом воздуха в бункер и с эжекторным питателем дозатора, создающим разряжение при приеме семян и удобрений в катушку дозатора.
Посевной агрегат, составленный из трактора определенного тягового класса и универсального посевного комплекса для посева сельскохозяйственных культур с соответствующей шириной захвата и шириной междурядья, работает следующим образом. Загружают бункер для семян и удобрений семенами различных культур и соответствующими для высеваемых культур удобрениями. При предварительно установленной норме высева семян различных культур заезжают в поле, переводят сеялку в рабочее положение. Устанавливают горизонтальность рамы, устанавливают глубину хода сошников при помощи механизмов регулирования глубины и изменением длины тяги 26 регулировочной ручкой 27 (фиг. 2). Изменение величины давления прикатывающего колеса 22 на почву после прохода сошника 31 регулируется перестановкой оси крепления тяги 26 в отверстия на кронштейнах 24 и 25. Сила поджатия гидроцилиндра регулируется изменением давления масла в гидросистеме из кабины трактора в зависимости от глубины хода сошников и физико-механических свойств почвы. При установленных параметрах начинается рабочий процесс посева.
Внедрение универсального посевного комплекса для посева сельскохозяйственных культур в производство обеспечит расширение технологических возможностей посевного комплекса, возможности его агрегатирования с тракторами различного класса тяги, и проведения бинарного способа посева семян за счет посева любых зерновых, технических и кормовых культур на заданную глубину с прикатыванием почвы по следу сошника в соответствии с выбранным способом посева, что обеспечит дружные всходы, полное использование имеющейся влаги в почве при эффективном использовании удобрений увеличивает устойчивость хода сошника по глубине и, в конечном итоге, повышение урожайности возделываемых культур.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основе проведенных исследовании по разработке и созданию посевного комплекса ПК-12 можно сделать следующие выводы:
Анализ факторов, влияющих на выбор технологии возделывания сельскохозяйственных показывает, что основным фактором является почвенно–климатические условия, где расположено хозяйство. Все существующие технологии разработаны применительно к определенным почвенно-климатическим зонам и используемый комплекс машин, и рабочие органы направлены на накопление, сохранение и экономное использование влаги в почве, на повышение плодородия почвы и борьбу с сорняками. В связи с тем, что почвенно-климатические условия, тип почвы и рельеф поля в пределах одной зоны, даже в пределах одного хозяйства различны, применяемые технологии должны соответствовать конкретным условиям хозяйства.
С учетом опыта производственников и знаний ученых, разработаны универсальная технология возделывания сельскохозяйственных культур и способы обработки почвы, которые предусматривают с учетом условий работы хозяйства применение различных способов посева сельскохозяйственных культур, с различными типами сошников.
Проведен анализ существующих типов посевных комплексов отечественного и зарубежного производства, проведена их классификация и установлено, что они имеют только один тип установленного сошника и не приспособлены к различным условиям работы.
Проведен анализ способов посева сельскохозяйственных культур и анализ типов сошников, установленных на посевных комплексах, выявлены их преимущества и недостатки и установлена необходимость создания универсальной посевной секции со сменными сошниками для посева сельскохозяйственных культур по различным технологиям посева.
Проведен анализ пневматических систем, установленных на посевных комплексах, для дозирования, транспортирования и распределения семян по сошникам, дана их классификация, установлены их преимущества и недостатки и предложена для проектируемого посевного комплекса одноступенчатая система распределения семян с наддувом бункера и эжекторным питателем дозатора семян с катушечным высевающим аппаратом.
На основе проведенного анализа установлены цель и задачи исследования, которые направлены на разработку конструктивной схемы универсальной посевной секции и посевного комплекса, обоснованию их параметров для обеспечения минимума тягового сопротивления и максимума производительности работы агрегата, обоснованию параметров пневмосистемы, разработке чертежной документации, изготовлению, проведению испытаний и экспериментальных исследований как в полевых условиях и в лаборатории и разработке усовершенствованного образца посевного комплекса.
Разработана конструктивная схема и обоснованы параметры универсальной посевной секции со сменными дисковыми, анкерными, лаповыми, килевидными и Т-образными сошниками, которые предназначены для посева сельскохозяйственных культур по различным технологиям. Посевная секция снабжена опорным и прикатывающими колесами, которые соединены между собой четырехзвенным механизмом с регулируемым по длине шатуном для установки глубины хода сошников и механизмом поджатия посевной секции в виде пружины или гидроцилиндра. Установлены расстояния между опорным и прикатывающим колесами, которое обеспечивает минимальные колебания глубины хода сошников при установке на различных местах установки на раме посевного комплекса. Установлена сила поджатия пружины или гидроцилиндра при различных значениях глубины хода сошника, которая обеспечивает допустимые значения реакции почвы на опорном и прикатывающем колесах.
Обоснована конструктивная схема и параметры посевного комплекса для тракторов класса тяги 5 с учетом обеспечения полной загрузки трактора при работе в различных почвенно-климатических условиях и на разной глубине хода сошников. Установлено, что ширина захвата посевного комплекса зависит от тягового сопротивления посевной части и бункера для семян и удобрений, которые в свою очередь зависят от металлоемкости рамы, рабочих органов, приспособлений, емкости бункера для семян и удобрений и нормы высева семян и удобрений. С учетом этих факторов получены математические зависимости для определения тягового сопротивления посевной части и бункера для семян у удобрений при различных условиях работы. Полученные результаты расчётов позволили установить рациональные параметры посевного комплекса для тракторов класса тяги 5. Они составляют:
— Ширина захвата посевного комплекса -12 м
— ширина междурядья – 0,25 м
— количество посевных секций – 48 шт
— количество секций рамы – 3
— емкость бункера для семян – 6 м3
— емкость бункера для удобрений– 4 м3
— время работы агрегата с одной заправкой семян и удобрений – 4 ч
— глубина посева семян 0,05-0,1 м.
Также установлена производительность агрегата с установленными параметрами посевного комплекса в различных условиях, с разными типами сошников и при работе на разную глубину посева, которая находится в пределах от 7,5 га/ч до 14 га/ч.
Обоснованы параметры предложенной конструктивной схемы пневматической системы дозирования, транспортирования и распределения семян и удобрений по сошникам посевного комплекса ПК-12. Установлены диаметры воздухо и семяпроводов, скорости воздуха в пневмосистеме, которые обеспечивают бесперебойную работу пневмосистемы и распределение семян по сошникам. Предложены устройства для выравнивания и равномерного распределения семян по сошникам при работе на склонах и для отделения и направления воздуха из семяпроводов в атмосферу до входа в сошник, которая устраняет вынос семян из подсошникового пространства на поверхность поля.
Согласно разработанной конструктивной схеме и обоснованным параметрам посевного комплекса ПК-12 разработана 3D модель, чертежи отдельных узлов и деталей посевного комплекса. Результаты теоретических исследований по определению сил использованы для проведения прочностных расчетов деталей и узлов посевного комплекса. Разработана конструктивная схема бункера для семян и удобрений, определены параметры сменных катушек дозаторов для высева семян различных культур, разработана схема привода катушек дозаторов и возможности регулирования передаточного отношения от приводного колеса к катушкам через бесступенчатый редуктор для установления различных норм высева семян.
Разработанные чертежи переданы в ООО «Челябинский компрессорный завод» для изготовления макетного образца посевного комплекса ПК-12.
Изготовленный макетный образец посевного комплекса ПК-12 в мае месяце передан в ООО «Хлебинка» Верхнеуральского района Челябинской области для проведения производственных опытов при посеве семян различных культур и для проведения экспериментальных исследований.
На производственных опытах посев пшеницы был проведен на площади 650 га и посев льна на площади 250 га. Скорость движения агрегата составила 9-12 км/ч, а производительность агрегата находится в пределах 9,7-12 км/ч. По сравнению с аналогичным агрегатом с трактором CLAASXERION-3800 с посевным комплексом
AmazoneDMC-9000 шириной захвата 9 м. производительность агрегата увеличивается на 30-35% при одинаковом расходе топлива. Полученные всходы показали, что посевной комплекс обеспечивает заданную норму высева, и равномерное распределение семян по рядкам, выдерживает заданную глубину хода сошников, что в конечном итоге в засушливый 2020 год обеспечил урожайность 18 ц/га при средней урожайности по хозяйству 16 ц/га.
В экспериментальных исследованиях, проведенных в ООО «Хлебинка» 1-2 июня 2020 г. определены тяговое сопротивление посевного комплекса на различных скоростях движения агрегата и глубины хода сошников, которые показали возможность полной загрузки трактора класса тяги 5 в различных условиях работы изменением рабочей скорости движения агрегата. В опытах определены коэффициенты перекатывания колес при работе в различных условиях (необработанная стерня, стерня, обработанная с осени и свеже обработанное поле на малую глубину), тяговое сопротивление бункера для семян и удобрений, радиус и время разворота агрегата на концах загонок, которые показали соответствие посевного комплекса условиям рабочего процесса (устойчивая глубина хода сошников, полная загрузка трактора), транспорта (транспортная скорость 20-25 км/ч), заглубления, выглубления и разворота на концах загонок. Время разворота агрегата от начала выглубления, разворота и полного заглубления при движении на повороте с рабочей скоростью 9-12 км/ч составляет 24 с.
На почвенном канале ЮУрГАУ проведены экспериментальные исследования работы посевной секции при различной глубине хода сошников, скорости движения агрегата и типах сошников (анкерные, дисковые и лаповые). Результаты опытов подтвердили результаты теоретических исследований, что показала адекватность математической модели реальному процессу. Наибольшее тяговое сопротивление имеет лаповые и анкерные сошники,
наименьшую – дисковые. В опытах также определены сила поджатия сошников, необходимая для поддержания сошника на установленной глубине и реакции почвы на опорном и прикатывающем колесах, которые также зависят от типа сошника, установленной глубины хода сошника и скорости движения сошника.
На основе проведенных производственных опытов и результатов экспериментальных исследований установлены недостатки посевного комплекса и разработаны рекомендации по их устранению.
Для расширения технологических возможностей посевных комплексов, повышения их универсальности и снижения стоимости рекомендуется создать универсальный посевной комплекс, обеспечивающий возможность агрегатирования с тракторами класса тяги 1,4…8, бинарного посева семян различных культур, составления рамы посевной части из одной до пяти секций, из однотипных модулей шириной захвата 2, 3, и 4 м. и обеспечивающих с интервалом 2 м. ширину захвата посевного комплекса от 4 до 20 м.
При этом в зависимости от ширины захвата посевного комплекса количество дозаторов с катушками и горизонтальных или вертикальных распределителей на раме посевной части находится в пределах от 2 до 8 шт. Количество выходных патрубков от распределителей семян и удобрений составляет 6,8,10,12 или 15 шт. в зависимости от ширины междурядья, находящейся в пределах от 0,15 до 0, 33 м., при глубине заделки семян в пределах от 2 до 15 см. Для посева семян по различным технологиям посевная секция снабжена сменными анкерными, дисковыми, лаповыми, килевидными и Т-образными сошниками.