Теоретические исследования технологического процесса работы ячеисто-дискового высевающего аппарата с цилиндрами на упругодеформируемом кольце

8. Larushin, N. P. Theoretical substantiation of cell parameters of the reel sowing machine in the form of a washer with crenulate profile / N. P. Larushin, I. V. Bychkov, A. V. Shukov // New technologies and technical means in AIC: collection of materials of International conference, dedicated to the 105th anniversary of professor Krasnikov Vladimir Vasilyevich. - Saratov: EPD SAAU, 2013. - P. 112-114.

9. Sowing machines. Theory, construction, calculation: monography / N. P. Larushin, A. V. Mach-nev, V. V. Shumayev et. al. - M.: Rosinformagrotech, 2010. - 292 p.

10. Olshevskaya, V. T. Grading and irradiating installation for preparing seeds of industrial productivity / V. T. Olshevskaya // Vestnik of Kazan SAU. -2010. -№ 4(18). - P. 48-51.

11. Nurullin, E. G. Analysis and estimation of rationing devices of modern sowing complexes / E. G. Nurullin, I. Z. Islamov, I. M. Salakhov // Vestnik of Kazan SAU. - 2009. -№ 2(12). - P. 53-55.

12. Letoshnev, M. N. Farm machines. Theory, calculation, designing, tests / M. N. Letoshnev. - 3d edition, added and updated. - M.: Selkhozgiz, 1955. - 788 p.

13. Sablikov, M. V. Farm machines. Basics of theory and technological calculation / M. V. Sablikov.

- M.: Kolos, 1968. - 236 p.

14. Pavlovsky, M. A. Theoretical mechanics / M. A. Pavlovsky, T. V. Putyata. - Kiev: Visha shkola, 1985. - 478 p.

15. Morozov, I. V. Foundations of farm machines theory: textbook / I. V. Morozov. - SSHIZO, 1993.

- 126 p.

16. Dobronravov, N. N. Course of thoretical mechanics / N. N. Dobronravov, V. V. Nikitin. - M.: Vis-shaya shkola, 1983. - 457 p.

17. Gmurman, V. Ye. Probability theory and mathematical statistics / V. Ye. Gmurman. - M.: Vis-shaya shkola, 1997. - 479 p.

УДК 631.33.022.6

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАБОТЫ ЯЧЕИСТО-ДИСКОВОГО ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА С ЦИЛИНДРАМИ НА УПРУГОДЕФОРМИРУЕМОМ КОЛЬЦЕ

Н. П. Ларюшин, доктор техн. наук, профессор; В. Н. Кувайцев, канд. техн. наук; С. Д. Загудаев, аспирант; А. В. Шуков, канд. техн. наук; В. В. Шумаев, канд. техн. наук; А. В. Поликанов, канд. техн. наук, доцент

ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», Россия, т. (8412) 628 517, e-mail: BAV_89@mail.ru

Работа посвящена повышению качества посева семян лука (чернушки) сеялкой с ячеи-сто-дисковым высевающим аппаратом с цилиндрами на упругодеформируемом кольце. Приведены описание высевающего аппарата с цилиндрами на упругодеформируемом кольце, а также теоретические исследования его функционирования. Получены аналитические зависимости для определения оптимальных значений скорости выхода семени с перемычки между ячейками, а также определена зависимость скорости выхода семени от времени при движении его по перемычке ячеисто-дискового высевающего аппарата. При соблюдении данных режимных параметров улучшается заполнение ячеек, а следовательно, и равномерность распределения семян в рядке, что сказывается на повышении урожайности.

Ключевые слова: высевающий аппарат, сеялка, цилиндры, упругодеформируемое кольцо, семена лука.

В настоящее время для посева семян лука (чернушки) на репку применяются сеялки типа СО-4,2 [1]. Однако высевающие аппараты этих сеялок осуществляют порционный высев семян, вследствие чего посевы получаются неравномерными - с загущением или разряжением растений в рядке. Это приводит к снижению урожайности.

Примером механического высевающего аппарата является катушечный высеваю-

щий аппарат, разработанный Н. А. Олейни-ком [2]. Этот высевающий аппарат отличает высокая порционность и высокое травмирование семян, что снижает его применение на сеялках.

Для получения возможности высева одним катушечным высевающим аппаратом нескольких культур с различным размером семян П. В. Сысолиным предложена катушка с разновеликими желобками [3]. Однако попадание мелких семян в желобки

Нива Поволжья № 3 (28) 2013 89

для крупных семян ведет к высокой неравномерности высева мелких семян.

Для высева мелкосеменных культур сеялкой типа СЗ-З,6 применяется мелкосеменная катушка, которая представляет собой зерновую катушку с установленной на ней шайбой с мелкими зубьями [4]. Однако высокая порционность высева наблюдается и у этого аппарата.

К механическим высевающим аппаратам непрерывного действия относится дисковый высевающий аппарат сеялки точного высева «Уэбб» (Великобритания) [5]. На диске высевающего аппарата выполнены ячейки, которые при захвате семян из бункера неудовлетворительно заполняются семенами.

В настоящее время разработаны вибрационные высевающие аппараты, которые также относятся к механическим высевающим аппаратам. Примером такого механического высевающего аппарата служит вибрационный высевающий аппарат А. А. Вишнякова, А. А. Зайца, А. Е. Карасёва, О. В. Лисунова и др [6]. В нем используется свойство мелких семян под действием вибрации приобретать характер жидкости. Однако вибрационные аппараты сложны по конструкции, имеют трудность установки на норму высева.

К механическим высевающим аппаратам непрерывного действия относят центробежные высевающие аппараты, например, высевающий аппарат сеялки «Сто-кланд» (Швеция) [7]. Дозирование осуществляется центробежным коническим дозатором, расположенным в нижней части бункера. Такие высевающие аппараты просты по конструкции и обеспечивают хорошую равномерность высева по ширине захвата, но они очень чувствительны к изменению скорости машины.

Вопросами посева семян сельскохозяйственных культур занимались учёные Пензенской ГСХА: Н. П. Ларюшин [8], А. В. По-ликанов [9], С. И. Сочинёв [10]

Из анализа проведённых исследований следует сделать вывод, что в настоящее время для посева семян лука (чернушки) созданы высевающие аппараты, не в полной мере отвечающие агротехническим требованиям, особенно по равномерности распределения семян в рядке, что приводит к снижению урожайности.

Для повышения равномерности распределения семян в рядке и снижения их травмирования нами предлагается конструкция ячеисто-дискового высевающего аппарата с цилиндрами на упругодефор-мируемом кольце (рис. 1).

Рис. 1. Схема ячеисто-дискового высевающего аппарата с цилиндрами на упру-годеформируемом кольце: 1 - корпус; 2 -бункер; 3,4 - симметричные части ячеистого диска; 5 - ячейка; 6 - винт; 7 -кольцо сплошное упругодеформируемое силиконовое; 8 - семя; 9 - кольцевая проточка; 10 - вал ячеистого диска; 11 - ролик-отражатель; 12 - вал ролика-отражателя; 13 - окно выбросное

Предлагаемый высевающий аппарат включает в себя корпус 1; бункер 2; вертикально установленный составной ячеистый высевающий диск, состоящий из двух симметричных частей - левой 3 и правой 4, при этом они имеют цилиндрические ячейки 5. Левая 3 и правая 4 части высевающего диска жестко скреплены винтами 6. В левой 3 и правой 4 частях высевающего диска выполнены боковые кольцевые проточки, в которые установлено сплошное упругодеформируемое силиконовое кольцо 7 с радиально расположенными по центру полыми тонкостенными цилиндрами, вы-

полненными как единое целое со сплошным упругодеформируемым силиконовым кольцом 7, при этом цилиндры размещены в ячейках 5 составного высевающего диска. Верхние основания полых тонкостенных цилиндров для обеспечения заданных параметров деформации и снижения травмирования семян 8 выполнены в виде части сферы, обращенной выпуклостью к оси вращения составного ячеистого высевающего диска, причем радиус составного ячеистого высевающего диска (Я1) больше радиуса (Я2) окружности, проведенной по верхним основаниям полых тонкостенных цилиндров сплошного упругодеформируе-мого кольца на величину, равную 2/3 толщины высеваемых семян 8. Также для обеспечения заданных параметров деформации полых тонкостенных цилиндров и снижения травмирования семян 8 по оси ячеек 5 составного ячеистого высевающего диска, под нижним основанием полых тонкостенных цилиндров сплошного упруго-деформируемого силиконового кольца 7 выполнена кольцевая проточка 9, ширина которой больше диаметра ячеек составного ячеистого высевающего диска.

Составной ячеистый высевающий диск вращается вместе с валом 10. Над наружной поверхностью составного ячеистого высевающего диска без зазора установлен ролик-отражатель 11, вращающийся вместе с валом 12 в сторону, противоположную вращению составного ячеистого высевающего диска.

Горизонтальная ось вращения ролика-отражателя 11 лежит во втором квадранте, в плоскости, проходящей через ось вращения составного ячеистого высевающего диска и отклоненной от вертикальной плоскости, проведенной через ось вращения составного ячеистого высевающего диска, на угол а = 20...30 градусам в направлении вращения составного ячеистого высевающего диска. Поверхность ролика-отражателя 11 покрыта слоем эластичного фрикционного материала, а его угловая скорость в 2...3 раза больше угловой скорости составного ячеистого высевающего диска.

Корпус 1 высевающего аппарата имеет выбросное окно 13, начало которого находится в третьем квадранте на линии, образованной пересечением цилиндрической поверхности корпуса и плоскости, проходящей через ось вращения составного ячеистого высевающего диска, и отклоненной от вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения составного ячеистого высевающего диска, на угол в =

10.20 градусам (рис. 1) в сторону, противоположную вращению составного ячеистого высевающего диска, при этом конец окна находится в четвертом квадранте на линии, образованной пересечением цилиндрической поверхности корпуса и плоскости, проходящей через ось вращения составного ячеистого высевающего диска, и отклоненной от вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения составного ячеистого высевающего диска, на угол Y = 10.20 градусам в сторону вращения составного ячеистого высевающего диска.

Высевающий аппарат работает следующим образом. Часть семян 8 (рис. 1) находящихся в бункере 2, при вращении составного ячеистого высевающего диска под действием силы тяжести попадает в ячейки 5 на сферическую поверхность полых тонкостенных цилиндров сплошного упругодеформируемого силиконового кольца 7. Глубина ячейки 5 рассчитана таким образом, чтобы центр тяжести семян находился ниже наружной поверхности составного ячеистого высевающего диска. Таким образом семя 8 надежно фиксируется в ячейке 5. При дальнейшем повороте составного ячеистого высевающего диска ролик-отражатель 11, покрытый слоем эластичного фрикционного материала, надавит на семя 8, находящееся в ячейке 5, в результате чего полые тонкостенные цилиндры, выполненные как единое целое со сплошным упругодеформируемым силиконовым кольцом 7, деформируются, семена 8 при этом полностью окажутся внутри ячейки 5.

Выполненная по оси ячеек составного ячеистого высевающего диска под нижним основанием полых тонкостенных цилиндров сплошного упругодеформируемого кольца 7 кольцевая проточка 9 способствует снижению усилия на деформацию полых тонкостенных цилиндров, тем самым предотвращает травмирование семян 8. Снижению травмирования семян 8 также способствуют выполненные в виде части сферы, обращенной выпуклостью к оси вращения составного ячеистого высевающего диска, верхние основания полых тонкостенных цилиндров сплошного упруго-деформируемого силиконового кольца 7.

Возможность ячейки 5 составного ячеистого высевающего диска с полыми тонкостенными цилиндрами, выполненными заодно со сплошным упругодеформи-руемым силиконовым кольцом, «приспосабливаться» к семенам с различными геометрическими размерами делает высевающий аппарат более универсальным.

Нива Поволжья № 3 (28) 2013 91

Другая часть семян 8, не попавшая в ячейку 5, отводится роликом-отражателем 11, вращающимся в сторону, противоположную вращению составного ячеистого высевающего диска, назад в бункер 2.

При дальнейшем вращении составного ячеистого высевающего диска находящееся в ячейке 5 семя 8 потеряет контакт со слоем эластичного фрикционного материала ролика-отражателя 11, но будет зафиксировано в ячейке 5 внутренней поверхностью корпуса 1 до тех пор, пока ячейка 5 с семенем 8 в результате поворота не окажется в зоне выбросного окна 13. Потеряв упор, семя 8 под действием сил тяжести и сил упругости сдеформирован-ных полых тонкостенных цилиндров сплошного упругодеформируемого силиконового кольца 7 выпадет в окно 13 из ячейки 5 на дно борозды.

Таким образом, предложенный высевающий аппарат обеспечит высев семян разного размера без замены высевающего диска и снизит их травмирование.

Так как ячеисто-дисковый высевающий аппарат с цилиндрами на упругодеформи-руемом кольце при высеве семян применен впервые, то задачей теоретических исследований явилось изучение процесса его работы.

Движение семени в процессе работы высевающего аппарата будем рассматривать как движение точки М, взятой в центре шарика, принятого за семя (рис. 2) [11, 12, 13].

Движение точки М рассматривается как сложное. Движение точки М вдоль оси у -относительное, вращательное движение точки М вместе с диском - переносное.

Перейдем к рассмотрению движения точки М по перемычке между ячейками

На точку М действуют силы: О - вес шарика, Н; N - реакция нормального давления, Н; Б тр - сила трения скольжения, Н; Фе - сила инерции переносного движения, Н; Фк - сила инерции Кориолиса, Н.

Дифференциальные уравнения относительного движения точки М на перемычке в проекциях на оси координат ХУ примут вид [14]

mx—-R

ТР

ту=N-0^ -Фк.

Вдоль оси ОУ движение отсутствует, поэтому из уравнения (2) находим

N=0+Фe +Фк.

Учитывая то, что точка М вдоль оси у поднялась на высоту И, равную радиусу семени, получим

•

N=mg+тШ{Я—Н)+2тш-х .

С учетом (4) уравнение (1) примет вид •• •

тх=—/(mg+тШ(Я—Н)+2тш-х).

После преобразований получим дифференциальное уравнение •• •

х+2/шх=—/

Общее решение уравнения (5) находим в виде х=х!+х2.

х! - общее решение однородного урав-

нения x+2 f шх=0

-2 frnt

Xi—c 2 e

х2 - частное решение уравнения (5): • ••

х2=М t; X—M ; X—0 .

Подставив (7) в (5) найдем

f

Рис. 2. Схема сил, действующих на семя при движении по перемычке

M—-

m

2f ш

Уравнение движения точки М по перемычке примет вид

х=с1 +с2е/ ш +М4,

где М определяется по формуле (8).

Исходя из начальных условий движения по перемычке •

12=0; Хо=0; х=У, ,

найдем •

х=-2/ шс2е2/ш +М .

Подставим данные уравнения (10) в уравнения (9) и (11), найдем с1, с2:

Г0=с1 +с2, [V = М - 2 / шс 2.

Из этой системы уравнений определяем

V1 -М

и -Мг=

2/Ш

найдем время 1 выхода точки М с перемычки:

, ехр(-и-/ш) (М-V, -V, +М)--)+и / ш

г 2=-.

М-/ш

Зависимость скорости выхода семени с перемычки У2 от времени 1 для этого участка:

V, = х=( М-Ух) - е ~2 7 ш + М.

С1 С2

2/Ш

С учетом уравнения (12) уравнение (9) примет вид

х(-1+е"7ШЧ)+М*. (13) 2 ] ш

По перемычке точка М пройдет расстояние х=И2 равное диаметру семени, тогда, решая приближенно равенство

Скорость выхода семени с перемычки равна:

V;^

Теоретическими исследованиями установлены важнейшие кинематические характеристики ячеисто-дискового высевающего аппарата с цилиндрами на упругодеформи-руемом кольце: скорость выхода семени с перемычки и зависимость скорости от времени при движении семени по перемычке. При соблюдении данных режимных параметров улучшается заполнение ячеек семенами, а следовательно и равномерность распределения семян в рядке.

Литература

1. Ларюшин, Н. П. Комплекс машин для производства лука (теория, конструкция, расчёт): учебное пособие с грифом МСХ РФ по инженерным специальностям / Н. П. Ларюшин.-Пенза: -РИО ПГСХА, 2001. - 267 с.

2. А. С. 1727616 (СССР) Катушечно высевающий аппарат / Н. А. Олейник Опубл. в Б. И., 1992, N 15.

3. А. С. 1601968 (СССР) Высевающий аппарат. / П. В. Сысолин, К. Г. Иванчина, А. В. Ликкей. - Опубл в Б. И., 1972, N 7

4. Косачев, Г. Г. Экономическая оценка новой техники / Г. Г. Косачев, Е. М. Самойленко // Техника в сельском хозяйстве. - 1987. - № 2. - С.51-55

5. Крючин, Н. П. Посевные машины. Особенности конструкций и тенденции развития: учебное пособие / Н. П. Крючин. - Самара, 2003. - 116 с.

6. А. С. 2072760 (РФ) Высевающий аппарат / А. С. Вишняков, А. А. Вишняков, А. А. Заяц Опубл в Б. И., 1997. № 4

7. Крючин, Н. П. Особенности конструкций и основные направления совершенствования посевных машин / Н. П. Крючин. - Самара, 2002. - 295 с.

8. Ларюшин, Н. П. Посевные машины. Теория, конструкция, расчёт / Н. П. Ларюшин, А. В. Мачнев, В. В. Шумаев и др. - М.: Росинформагротех, 2010. - 292 с.

9. Поликанов, А. В. Совершенствование технологического процесса полосового подпочвенно-разбросного посева семян лука: дис. ... канд. техн. наук. / А. В. Поликанов. - Пенза, 1999. - 183 с.

10. Сочинев, С. И. Разработка и обоснование конструктивно-кинематических параметров сошника с роторно-лопасным раскладчиком семян. дис. . канд. техн. наук. / С. И. Сочинев. -Пенза, 2005. - 189 с.

11. Сабликов, М. В. Сельскохозяйственные машины. Основы теории и технологического расчета / М. В. Сабликов. - М.: Колос. 1968. - 236 с.

12. Павловский, М. А. Теоретическая механика / М. А. Павловский, Т. В. Путята. - Киев: Вища школа, 1985. - 478 с.

13. Морозов, И. В. Основы теории сельскохозяйственных машин: учебное пособие / И. В. Морозов. - М.: ССХИЗО, 1993. - 126 с.

14. Данко, П. Е. Высшая математика в упражнениях и задачах: учебное пособие для студентов втузов. В 2-х частях / П. Е. Данко, А. Г. Попов, Т. Я. Кожевникова. - М.: Высшая школа, 1986. - 425 с.

Нива Поволжья № 3 (28) 2013 93

UDK 631.33.022.6

THEORETICAL STUDY OF THE TECHNOLOGICAL PROCESS OF OPERATING A CELLULAR-DISK SOWING MACHINE WITH CYLINDERS ON ELASTIC-DEFORMING RING

Larushin N. P., doctor of technical sciences, professor; Kuvaitsev, V. N., candidate of technical sciences.; Zagudayev, S. D., post graduate; Shukov A. V., candidate of technical sciences;

Shumayev V. V., candidate of technical sciences;

A. V. Polikanov, candidate of technical sciences, assistant professor

FSBEE HPT «Penza SAA» Penza, Russia, t. (8412) 628 517, e-mail: BAV_89@mail.ru

The article deals with increasing sowing quality of onion seeds (fennelflower) with a cellular-disk sowing machine with cylinders on elastic-deforming ring. The article describes a cellular-disk sowing machine with cylinders on elastic-deforming ring and gives theoretical tests of its functioning. Analytical dependences for determination of the optimal values for the output rate of seed with the jumper between cells have been obtained and the dependence of the moving speed of the seed on the time when it moves to a dam cellular-disk of the seed distributor has been determined. In compliance with the operational parameters cell filling improves, and therefore the uniformity of the distribution of seeds in a row that affects crop yield increases.

Key words: sowing machine, planter, cylinders, elastic-deforming ring, seeds of onions.

References:

1. Larushin, N. P. Complex of machines for onion production (theory, design, calculation): textbook with signature stamp of the RF Ministry of agriculture on engineering specialities / N. P. Larushin.-Penza: EPD PSAA, 2001.- 267 p.

2. A. S. 1727616 (USSR) Reel sowing unit. / N. A. Oleinik Publ. in B. I., 1992. N 15/

3. A. S. 1601968 (USSR) Sowing unit. / P. V. Sysolin, K. G. Ivanchina, A. V. Likkey. Publ in B. I., 1972. N 7.

4. Kosachev, G. G. Economic evaluation of a new machinery / GG Kosachev, E. M. Samoilenko. // Technika v selskom khozyaistve. 1987. № 2. - P.51-55.

5. Kruchin, N. P. Sowing machinery. Features of designs and trends of development: textbook / N. P. Kruchin. - Samara, 2003. - 116 p.

6. A. S. 2072760 (RF) Sowing machine / A. S. Vishnyakov, A. A. Vishnyakov, A. A. Zayats Published in B. I., 1997. № 4.

7. Kruchin, N. P. Peculiarities of constructions and main directions of improvement of seeding machines. / N. P. Kruchin. - Samara: 2002. - 295 p.

8. Larushin, N. P. Sowing machinery. Theory, design, calculation / N. P. .aprowMH, A. V. Machnev, V. V. Schumaev et. al. - M: Rosinformagrotech, 2010. - 292 p.

9. Polikanov A. V. Improvement of technological process of bandpass subsoil-broadcasting sowing the seeds of onions. Dis.... candidate of technical sciences. - Penza, 1999. - 183 p.

10. Sochinev, S. I. Development and substantiation of constructive and kinematic parameters of the opener with a rotary-van seeds distributor. Dis.... candidate of technical sciences. Penza, 2005. - 189 p.

11. Sablikov, M. V. Agricultural machines. Fundamentals of the theory and technological calculation / M. V. Sablikov. - M: Kolos. 1968. - 236 p.

12. Pavlovsky, M. A. Theoretical mechanics / M. A. Pavlovsky, T. V. Putyata. - Kiev: Vyscha shkola, 1985. - 478 p.

13. Morozov, I. V. Fundamentals of theory of agricultural machines: textbook / I. V. Morozov. - M:, SSHIZO.- 1993.-126 p.

14. Danko, P. E. Higher mathematics in exercises and tasks. A textbook for students of technical institutions. In 2 parts / P. E. Danko, A. G. Popov, T. R Kozhevnikova. - M: Vysshaya shkola, 1986.425 p.