Исследование вибрационного высевающего аппарата зерновой сеялки

УДК 631.331 А.С. Вишняков, А.А. Вишняков, В.А. Козлов

ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРАЦИОННОГО ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА ЗЕРНОВОЙ СЕЯЛКИ

В статье представлены результаты лабораторных и полевых исследований вибрационного аппарата зерновой сеялки при высеве семян зерновых культур.

Исследованиями определен эффективный режим работы аппарата, характеризующийся амплитудой и частотой колебаний высевающего устройства и уровнем в нем семян.

Ключевые слова: высевающий аппарат, зерновая сеялка, вибрация, частота колебания.

A.S. Vishnyakov, A.A. Vishnyakov, V.A. Kozlov RESEARCH OF THE VIBRATING SOWING DEVICE OF THE GRAIN SEEDER

The results of the laboratory and field research of the vibrating device of grain seeder while seeding the grain seeds are given in the article.

The research defined the effective operating mode of the device characterized by the amplitude and fluctuations frequency of the sowing device and seeds level in it.

Key words: sowing device, grain seeder, vibration, fluctuation frequency.

Одним из направлений совершенствования посевных машин, в том числе и рядовых зерновых сеялок, является разработка рабочих органов, обеспечивающих равномерное распределение семян в бороздках по ходу сеялки и по глубине их заделки почвой. Выполнение первого условия в значительной степени зависит от высевающего аппарата как технического средства для отбора, дозирования и подачи семян к заделывающим рабочим органам сеялки - сошникам.

На отечественных сеялках рядового посева наибольшее распространение получил катушечный высевающий аппарат, а в последнее время к нему добавился аппарат центробежного дозирования семян и пневмотранспортирования их к заделывающим рабочим органам, обеспечивающим полосовой способ посева.

Серьезным недостатком катушечного высевающего аппарата является формирование им пульсирующего потока семян. Такой аппарат неудовлетворительно работает при высеве мелкосеменных культур с малой нормой их расхода на гектар. Эти недостатки компенсируются многомарочностью посевной техники, оснащаемой механическими, пневмомеханическими и пневматическими аппаратами. Многомарочность посевной техники при небольшой их загрузке требует значительных затрат средств и времени на их разработку, эксплуатацию и ремонт.

Все перечисленные выше аппараты являются сложными как в конструктивном, так и в технологическом отношениях, что значительно повышает стоимость сеялок в целом. Кроме того, большинство сеялок с такими аппаратами являются однострочными и не приспособлены для различных схем посева, особенно овощных культур. Следовательно, разработка рабочих органов сеялки, значительно расширяющих ее универсальность, является актуальной народнохозяйственной задачей.

Одним из вариантов решения данной задачи является использование в технологическом процессе работы сеялки вибрационных высевающих аппаратов [1,2].

Рабочий процесс такого аппарата основан на свойстве сыпучего материала в состоянии вибрации вести себя подобно вязкой жидкости, что обеспечивает равномерное многоструйное истечение семян через калиброванные отверстия. Эти отверстия выполнены в колеблющемся вместе с семенами высевающем устройстве. Изменение размеров отверстий позволяет регулировать норму высева семян в широком диапазоне.

На кафедре сельскохозяйственных машин Красноярского ГАУ разработана многофункциональная почвообрабатывающе-посевная машина. Эта машина при настройке в варианте сеялки оснащается принципиально новыми рабочими органами, в том числе вибрационными высевающими аппаратами. Проводимые исследования этих аппаратов подтверждают их работоспособность, при которой обеспечивается качественный высев семян, отличающихся по физико-механическим свойствам, нормам высева и способам посева.

Для высева семян различных сельскохозяйственных культур в хозяйствах достаточно иметь набор двух видов сеялок, как вариантов многофункциональной машины. Первые должны высевать семена культур, для которых характерны большие нормы высевного материала на гектар, а вторые - для высева семян культур с малой нормой высева (в том числе мелкосеменных) при различных способах их посева (рядовой, широкорядный однострочный, ленточный однострочный).

В связи со значительными различиями семян сельскохозяйственных культур нами были проведены исследования по обоснованию режима работы вибрационного высевающего аппарата при высеве семян пшеницы. Анализ его рабочего процесса позволил установить основные факторы, влияющие на равномерность расхода семян через отдельные высевные отверстия. К ним были отнесены: частота и амплитуда колебаний высевающего устройства и уровень в нем семян.

За рабочий режим при высеве семян различных культур принимается такой, при котором параметры основных факторов имели наименьшее значение, а процесс высева вибрационным аппаратом удовлетворял агротехническим требованиям. Исследование аппарата проводились в лабораторных и полевых условиях в соответствии с утвержденными методиками [3,4].

Лабораторным исследованиям предшествовали теоретические исследования движения частиц сыпучего материала в колеблющемся высевающем устройстве и поисковые опыты. Это позволило обосновать диапазон изменения основных факторов, влияющих на процесс высева семян.

Рабочий процесс любого высевающего аппарата, в том числе вибрационного, оценивается с количественной и качественной стороны. Количественную сторону оценивают два показателя - коэффициенты неравномерности высева отдельным высевающим аппаратом (высевным отверстием) Н, % и неустойчивости общего высева всеми аппаратами (высевными отверстиями) Нпр, %. Согласно [3-5], коэффициент Н должен не превышать 6% для зерновых, 10% для зернобобовых и овощных культур и 20% для семян трав. При этом величина Нпр составляет 3, 5 и 10% соответственно. Качественную сторону работы высевающего аппарата оценивают равномерностью распределения семян в рядке, высеянном на движущуюся липкую ленту. Исследования проводились на семенах сорта Черемшанка. Вибрационный высевающий аппарат настраивался на среднюю норму высева, характерную для зерносеющих хозяйств края. В процессе исследований частота колебаний высевающего устройства изменялась от 6,5 до 10 Гц с амплитудой 5, 6 и 7мм, а уровень в нем семян от 70 до 130 мм. Ширина высевных отверстий составляла 10 мм, при возможности ее регулирования до 25 мм.

На рисунке 1 представлены графические зависимости коэффициента неравномерности высева семян отдельным высевным отверстием Н от частоты колебаний /"вибрационного высевающего устройства при различных значениях амплитуды колебаний и уровня в нем семян.

Н, а

4,01______________________________________________

6 7 8 9 10 (Гц

Рис 1. Зависимость коэффициента Н от частоты колебаний высевающего устройства f: а - амплитуда колебаний 5 мм; б - 6 мм; в - 7 мм; 1 - уровень семян в высевающем устройстве 70 мм; 2 - 100 мм; 3 - 130 мм

Анализ графических зависимостей показывает, что снижение коэффициента Н характерно при увеличении частоты колебаний от 6,5 до 9 Гц и незначительный его рост при частоте более 9 Гц. Так, например, при амплитуде колебаний 5 мм и толщине слоя 70 мм он снизился с 7,2 до 5,0 %, при толщине слоя 100 мм -

с 6,2 до 4 % и при толщине 130 мм - с 9,5 до 5,7 %. При амплитуде колебаний 7 мм и толщине слоя семян 70 мм он снизился с 6 до 5,4 %, при толщине 100 мм - с 5,2 до 4,8 %, а при толщине 130 мм - с 6 до 5,2 %. Наименьше значение коэффициента соответствует амплитуде колебаний 6 мм. При этой амплитуде и толщине слоя семян 70 мм он снизился с 5,7 до 4,5 %, при толщине 100 мм - с 5,5 до 3,2 %, а при толщине 130

- с 5,9 до 3,8 %. Нижние значения среднего коэффициента неравномерности высева отдельным высевным отверстием значительно меньше значения, которое определено агротехническими требованиями.

На рисунке 2 представлены графические зависимости изменения среднего значения коэффициента неустойчивости общего высева семян всеми высевными отверстиями Нпр от тех же параметров, т.е. частоты, амплитуды колебаний вибрационного аппарата и уровня слоя семян.

Рис. 2. Зависимость коэффициента Нпр от частоты, амплитуды колебаний высевающего устройства и уровня в нем семян пшеницы: а - частота колебаний 5 мм; б - 6 мм; в - 7 мм;

1 - уровень семян в высевающем устройстве 70 мм; 2 - 100 мм; 3 - 130 мм

Рассматривая графические зависимости, можно отменить общую для всех тенденцию снижения коэффициента Нпр с ростом частоты колебаний \. Максимальные его значения 2% соответствуют частоте колебаний 6,5 Гц для двух случаев. Первый случай характеризуется амплитудой колебаний 5 мм и уровнем семян 70 мм, второй

- амплитудой 7 мм и толщиной слоя семян 130 мм. Наименьшие значения коэффициента Нпр соответствуют амплитуде колебаний 6 мм и толщине слоя 100 мм. При этих значениях амплитуды колебаний и толщине слоя величина Нпр не превышает 0,6%, что значительно меньше значения, определяемого агротребованиями.

На рисунке 3 изображены графические зависимости среднего расхода семян через высевное отверстие X от частоты колебаний высевающего устройства /"при амплитудах 5, 6 и 7 мм и толщине слоя семян 70, 100 и 130 мм.

Рис. 3. Средний расход семян через отдельное высевное отверстие X от частоты колебаний высевающего устройства £ а - амплитуда колебаний 5 мм; б - 6 мм; в - 7 мм; - уровень семян в высевающем устройстве 70 мм; 2 - 100 мм; 3 - 130 мм

Анализ этих графиков показывает, что для всех режимов работы высевающего устройства с увеличением частоты его колебаний наблюдается повышение среднего расхода семян х через высевное отверстие. Так например, при мягком режиме работы расход семян для всех уровней изменялся от 188...220 до 228...258 г/мин, при среднем режиме от 250.278 до 315..334 г/мин и при жестком режиме от 3230 до 325.345 г/мин. С увеличением частоты колебаний высевающего устройства значительно снижается разброс в среднем количестве высеянных семян отдельным отверстием.

Расход семян через высевное отверстие тем больше, чем больше амплитуда колебаний высевающего устройства. Так, например, максимальный расход семян при амплитуде колебаний 5 мм составляет 310 г/мин, при амплитуде 6 мм - 325 г/мин, а при амплитуде 7 мм - 335 г/мин.

На средний расход семян через высевное отверстие при малых частотах колебаний большой влияние оказывает толщина слоя семян. Чем больше толщина слоя, тем меньше расход семян. При частотах колебаний более 8,5 Гц это различие практически незаметно.

На основании результатов лабораторных исследований вибрационного аппарата можно считать, что при высеве пшеницы рабочим режимом являются: частота колебаний высевающего устройства 9,0.9,2 Гц, амплитуда колебаний 6 мм и уровень в нем семян 100 мм. При данном режиме работы коэффициент средней неравномерности высева отдельным высевным отверстием составляет 3,9...3,2%, а коэффициент неустойчивости общего высева всеми высевными отверстиями 0,5...0,6%, что значительно ниже величин, определяемых агротехническими требованиями к аппаратам непрерывного высева.

Достоинство той или иной конструкции высевающего аппарата оценивается возможностью регулирования нормы высева семян в широком диапазоне. Причем, затраты труда и времени на проведение этой операции должны быть минимальными. Конструкцией вибрационного аппарата регулирование нормы высева предусматривается осуществлять за счет изменения площади высевных отверстий. По нашему мнению, между этими параметрам существует вполне определенная зависимость. Для выявления этой зависимости была проведена специальная серия опытов на рабочем режиме (рис. 4).

Рис. 4. Влияние длины высевных отверстий I на: а - средний расход семян через отдельное отверстие Х; б - коэффициент средней неравномерности высева отдельным высевным отверстием Н; в - коэффициент неустойчивости общего высева всеми отверстиями Нпр

На рисунке 4,а изображена графическая зависимость среднего расхода семян пшеницы Х через высевное отверстие от его длины I. Из графика видно, что между этими показателями существует довольно жесткая прямопропорциональная зависимость. Длина I высевного отверстия (пропорциональная площади его поперечного сечения) при опытах изменялась от 7 до 15 мм, что соответствовало изменению среднего

расхода семян через отверстие от Х = 70.330 г/мин. Такой диапазон изменения расхода семян позволяет регулировать норму высева (при средней скорости посевного агрегата 8 км/ч) от 55 до 250 кг/га. Конструкцией высевающего устройства предусмотрена возможность изменения длины высевных отверстий до 30 мм. Это позволяет довести норму высева семян вплоть до 400 кг/га, что вполне достаточно для высева всех зерновых культур даже при скорости посевного агрегата 10 км/ч. При проведении этой серии опытов были также получены данные, характеризующие рабочий процесс высевающего аппарата с количественной его стороны.

На рисунке 4,б показана графическая зависимость среднего коэффициента неравномерности высева зерна отдельным высевным отверстием Н от изменяющейся его длины I. Из графика видна тенденция снижения этого коэффициента при увеличении длины высевного отверстия. Так, например, при длине отверстия 7 мм коэффициент Н равен 3,8%. С увеличением длины отверстия до 11 мм наблюдается заметное снижение коэффициента до 3%, а после этого его величина остается практически постоянной, незначительно колеблющейся около 3%. Такое значение коэффициента Н в два раза меньше величины, допустимой агротехническими требованиями, что свидетельствует о высоком качестве работы вибрационного высевающего аппарата.

На рисунке 4,в представлен график изменения величины среднего коэффициента неустойчивости общего высева семян всеми высевными отверстиями Нпр в зависимости от меняющейся длины этих отверстий. Из графика видно, что с увеличением длины высевных отверстий наблюдается устойчивое снижение коэффициента Нпр. Изменение длины отверстий с 7 до 15 мм снижает величину этого коэффициента от 1,0 до 0,65%. Необходимо отметить, что даже максимальное значение коэффициента Нпр при длине высевных отверстий 7 мм значительно ниже величины, определяемой агротехническими требованиями, что также свидетельствует о высоком качестве рабочего процесса с точки зрения стабильности высева семян.

С качественной стороны работу вибрационного высевающего аппарата оценивали равномерностью распределения зерен пшеницы в рядках, высеянных на движущуюся липкую ленту (рис. 5).

На рисунке 5,а представлены совмещенные графики распределения зерен пшеницы для катушечного и вибрационного аппаратов, отрегулированных на нормы высева 164,3 и 163,6 кг/га соответственно.

Среднее число зерен на 5-сантиметровом участке для обоих аппаратов равно 3,7 штуки, а количество таких участков для катушечного аппарата равно 12,5%, а вибрационного - 32,5%. Для катушечного аппарата характерно наличие участков с числом зерен от 0 до 8 штук, а для вибрационного этот диапазон изменяется от 2 до 6 штук. В то же время, у катушечного аппарата есть участки без зерен, количество которых составляет 6%. Процент участков с числом зерен от 3 до 5 штук для катушечного аппарата равен 44%, а у вибрационного - 82%. Следовательно, при настройке высевающих аппаратов на норму высева более 160 кг/га вибрационный высевающий аппарат обеспечивает более равномерное распределение зерен в рядке на липкой ленте.

%, % 30 20 10 30 20 10 а

і і. * і \\ У

/ Г\ // // А \

/ ( ! с

апп араг пы: в атус ибра [ иечныи_ частота участков - количество зерен частота участков 0 © количество зерен

і Й  і в

!/ 1 V 1 1 1 1

У \ 1 1 1 1 1 1

01 23456789 Число зерен на участке

Рис. 5. Распределение зерен пшеницы на 5-сантиметровых участках рядка

На рисунке 5,б изображены графики для обоих аппаратов, отрегулированных соответственно на нормы высева 196,7 и 196 кг/га. При одинаковом среднем числе зерен на участке, равном 4,4 штуки, количество

таких участков для катушечного аппарата составляет 18,0%, а вибрационного - 24%. Необходимо отметить, что у катушечного аппарата имеются участки с числом зерен от 0 до 10 штук, в то время как у вибрационного аппарата от 3 до 7 штук, а суммарное число участков с количеством зерен от 3 до 6 штук для этого аппарата составляет 96%, а для катушечного - 76%. Из анализа графических зависимостей можно отметить, что при повышенных нормах высева сохраняется преимущество вибрационного аппарата перед катушечным в равномерности распределения семян в рядке.

Кроме подсчета зерен на 5-сантиметровых участках проводились замеры расстояний между отдельными зернами, расположенными вдоль высеянного рядка. По результатам этих замеров было установлено, что вибрационный высевающий аппарат обеспечивает более равномерное распределение семян в рядках при различных нормах высева. Этот вывод подтверждается величиной коэффициента вариации интервалов между соседними семенами, который у вибрационного аппарата в 1,65 раза меньше, чем у катушечного.

Полевые испытания экспериментальной сеялки с вибрационными высевающими аппаратами проводились согласно утвержденной методике [4]. Контролем при этом выступала производственная сеялка С3-3,6А.

Оценочными показателями качества работы сравниваемых сеялок при проведении их агрооценки являлись: равномерность распределения растений по всходам (после их появления) на 5-сантиметровых участках рядка, среднее число растений на одном погонном метре рядка, среднее арифметическое значение интервала между растениями, среднеквадратичное отклонение интервалов, коэффициент вариации интервалов, средняя урожайность.

Полевые испытания проводились при различных режимах работы сеялок, характеризуемых скоростью их движения и нормой высева семян.

На рисунке 6 представлены совмещенные графики, характеризующие равномерность распределения растений высевающими аппаратами сравниваемых сеялок на 5-сантиметровых участках рядков при норме высева сялкой С3-3,6А, равной 202 кг/га, а экспериментальной - 200 кг/га. Скорость полевых агрегатов составляла 6,3 км/ч.

Рис. 6. Распределение растений на 5-сантиметровых участках рядков

Из графика видно, что среднее число растений на 5-сантиметровых участках для обоих аппаратов практически одинаково и равно 5 штукам. Небольшая разница и в количестве таких участков. Так, например, у катушечного аппарата их 18,7%, а у вибрационного 20%. Однако у вибрационного аппарата отсутствуют пустые участки и, самое главное, меньший диапазон изменения количества растений на участках. Количество растений на участках катушечного аппарата варьирует от 0 до 9 штук, в то время как у вибрационного - от

2 до 8 штук. У вибрационного аппарата преобладающее количество участков имеет от 4 до 7 растений, и они составляют 77,5%, в то время как для катушечного эта величина равна 47,5%.

Более равномерное распределение растений на 5-сантиметровых участков рядков было подтверждено замерами расстояний меду соседними растениями. Коэффициент вариации интервалов между растениями у вибрационного аппарата в 1,37 раза меньше, чем у катушечного, что обеспечило повышение урожайности на зачетных участках, засеянных экспериментальной сеялкой, до 10% по сравнению с контролем.

С учетом анализа конструкций существующих высевающих аппаратов и результатов лабораторных и полевых исследований вибрационного аппарата многофункциональной машины, работающей в варианте зерновой сеялки, можно отметить следующее.

Отличительная особенность вибрационного аппарата - простота конструкции, отсутствие сложных и дорогостоящих деталей и трущихся поверхностей. Для изготовления аппаратов используют стандартный прокат низкого качества. Такие аппараты имеют лишь один регулировочный параметр - изменение площади сечения высевных отверстий, и обеспечивают высев различных культур с широким диапазоном изменения норм высева. Простота конструкции вибрационного аппарата позволяет восстанавливать его работоспособность в условиях хозяйств при отсутствии дорогостоящего ремонтного оборудования и не требует высокой квалификации механизатора. Привод вибрационных аппаратов сеялки осуществляется непосредственно от вала отбора мощности трактора, что повышает работоспособность механизма передач и упрощает конструкцию сеялки в целом.

Более высокая равномерность высева семян вибрационным аппаратом по сравнению с катушечным, для которого характерно формирование пульсирующего потока, дает возможность снизить расход посевного материала до 4.5% и повысить урожайность зерновых культур до 10%.

Литература

1. Пат. 2129767. Россия, МКИ А 01 С 7/04. Высевающий аппарат сеялки / А.А Вишняков, А.С Вишняков, А.А. Вишняков; опубл. 10.05.99, Бюл. №13.

2. Пат. 2150895. Россия, МКИ А 01 С 7/04, А 01 В 49/06. Высевающий аппарат комбинированной сеялки / А.А. Вишняков, А.С. Вишняков, А.А. Вишняков; опубл. 20.06.2000, Бюл. № 17.

3. ОСТ 70.5.1-82. Посевные машины. Программа и методы испытаний.

4. ГОСТ 26711-89. Сеялки тракторные. Общие технические требования.

5. Халанский, В.М. Сельскохозяйственные машины / В.М. Халанский, И.В. Горбачев. - М.: КолосС, 2003.

- 460 с.

УДК 630 Н.А. Дроздова, А.С. Пантелеев, С.К. Какурина

ПОВЫШЕНИЕ ЖЕСТКОСТИ ДОРОЖНЫХ ЗНАКОВ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ И КВАДРАТНОЙ ФОРМЫ

Показаны причины деформации дорожных знаков и пути повышения их жесткости и снижения травматичности.

Ключевые слова: знак дорожный, форма, прямоугольник, квадрат.

N.А. Drozdova, А.S. Panteleev, S.K. Kakurina

INCREASE OF RIGIDITY OF ROAD SIGNS OF THE RECTANGULAR AND SQUARE FORMS

The reasons of road signs deformation and the ways to increase their rigidity and to decrease traumatism are shown. Key words: road sign, form, rectangle, square.

С целью регулирования движения на железнодорожных путях и автомобильных дорогах применяют дорожные знаки и указатели различных форм: прямоугольные, квадратные, треугольные и круглые, что обусловлено их назначением (информационные, знаки сервиса, указательные, сигнальные и т.д.).

При эксплуатации таких знаков возникают различные варианты их деформации. Условно их нагружение можно свести к следующим схемам:

1) изгиб от воздействия распределенной нагрузки в двух плоскостях (рис. 1);

2) изгиб от воздействия сосредоточенных, направленных в одну сторону сил, действующих в диагональной плоскости (рис. 2). Его можно представить (разложить) как геометрическую сумму изгибов относительно оси у и оси х, т.е.

Мп = [М^+ М* ;

О ^ х у '

3) кручение от воздействия сосредоточенных, направленных в разные стороны сил, приложенных в противоположных углах диагонали и создающих момент Мкг (рис. 3), скручивающий дорожный знак.