Стенд для испытания сеялок точного высева

Полезная модель относится к методам и средствам оценки показателей качества выполнения технологического процесса пневматических высевающих аппаратов сеялок, в частности для оценки неравномерности высева семян.
Известно устройство для контроля работы высевающих аппаратов сеялок, в котором имеется средство контроля высева семян [Патент РФ № 60300, МПК А01С 7/00, опубл. 27.01.2007, бюл. № 3]. Его недостаток - пневматический принцип действия удаления семян из зоны действия контрольных датчиков, находящихся в проходном сечении воздуховода и перекрывающих его, что создает помехи движению потока воздуха и нарушает достоверность снятия показаний.
Кроме того, в качестве исследуемого материала использованы шарики-драже (сферы), имитирующие высеваемые семена, которые плотно присасываются к круглым отверстиям диска пневматического высевающего аппарата, что не соответствует реальным условиям его работы, так как высеваемые семена различных сельхозкультур не имеют идеальной сферической формы и не плотно прилегают к присасывающим отверстиям [Киреев И.М., Коваль З.М. Исследование распределения семян пневматическим высеивающим аппаратом точного высева. Журнал «Техника и оборудование для села» № 6, 2019, ст. 12-16].
Представляет интерес испытательный стенд для пневматических высевающих аппаратов, в котором система контроля высеваемого материала фиксирует движение семян как на входе в аппарат, как и на выходе из него, что повышает степень оценки технологического процесса высева семян [патент РФ № 201770, МПК А01С 7/00, опубл. 12.01.2021, бюл. № 2]- прототип.
Однако в данном устройстве система контроля высеваемого материала не обеспечивает фиксацию показателей степени присасывания семян к отверстиям высевающего диска, что не позволяет исследовать и оптимизировать параметры присасывающих отверстий и адаптировать их конфигурацию к формоочертанию высеваемого материала. Это объясняется тем, что в зоне высевающего диска отсутствуют датчики фиксации прососа воздуха между семенами и присасывающим отверстием, так как там нет возможности разместить сенсор измерительного прибора из-за отсутствия места установки, при этом не ограничивая проходное сечение пневмомагистрали.
Цель полезной модели - повышение точности результатов испытаний косвенным путем без размещения датчиков в зоне снятия показателей.
Указанная цель достигается тем, что стенд для испытания пневматических высевающих аппаратов сеялок точного высева с высевающим диском с присасывающими отверстиями, содержащий бункер для семян с семяпроводом и с расположенной внутри него вакуумной камерой для создания разряжения в присасывающих отверстиях исследуемого высевающего диска, сообщенной пневмомагистралями с пневмосистемой, средство контроля и фиксирования процесса высевания материала с емкостными датчиками прохода семян через семяпровод и счетчиком падающих в поддон семян, и привод для вращения исследуемого высевающего диска с присасывающими отверстиями, для повышения точности результатов испытаний, параллельно пневмомагистрали, связанной с вакуумной камерой исследуемого высевающего диска с присасывающими отверстиями, подсоединен байпасный отвод, включающий последовательно расположенные сильфонный компенсатор и дифференциальный пневматический конвертер, состоящий из сообщающейся с атмосферой компенсационной камерой, и сообщающейся с пневмомагистралью измерительной камерой, разделенных между собой мембраной, при этом мембрана посредством штифтового передаточного звена взаимодействует с цифровым индикатором и оснащена тензометрическим датчиком, связанным со средством контроля.
Соединение одного из датчиков средства контроля (расположенным на мембране тензометрическим датчиком) с вакуумной камерой посредством байпасного отвода позволяет фиксировать изменение в ней разряжения в зависимости от степени перекрытия отверстий высевающего диска семенами (высевающим материалом), а перемещение мембраны фиксируется цифровым индикатором, при этом его отсчетная шкала оттарирована в зависимости от величины размера (зазора) перекрытия.
Размещение между вакуумной камерой и дифференциальным пневматическим конвертером сильфонного компенсатора позволяет создать промежуточное буферное звено для снижения скорости движения потока воздуха и его кинетической энергии, что выравнивает перепады давления в пневмосистеме при пульсации, возникающей при захвате и сбросе диском высеваемого материала.
Выполнение дифференциального пневматического конвертера из двух камер - сообщающейся с вакуумной магистралью измерительной и сообщающейся с атмосферой компенсационной, разделенных между собой мембраной (диафрагмой) позволяет за счет разницы давления в этих камерах, посредством изгиба мембраны воздействующей штифтом на цифровой индикатор фиксировать зазор в числовом выражении с точностью до 0,01 мм.
Наличие тензометрического датчика на разделительной мембране позволяет фиксировать изменение и перепады вакуума в пневмомагистрали и контролировать параметры работы пневматической системы.
Исполнение компенсатора в виде сильфона позволяет увеличить площадь поверхности компенсатора за счет минимизации его габаритных размеров.
Предлагаемое техническое решение, его конструкция и работа поясняется чертежами, где
на фиг. 1 схематично изображен стенд для испытания пневматических высевающих аппаратов сеялок точного высева;
на фиг. 2 - конструктивная схема дифференциального пневматического конвертера;
на фиг. 3 - схема присоса высеваемого материала к отверстиям высевающего диска.
Стенд включает исследуемый высевающий аппарат, содержащий семенной бункер 1, высевающий диск 2 и семяпровод 3. Высевающий диск 2 смонтирован в семенном бункере 1 и одной стороной примыкает к вакуумной камере 4. Стенд оборудован системой 5 контроля и фиксирования высеваемого материала, содержащей два проходных емкостных датчика 6 и 7 и поддон 8 сбора материала со счетчиком 9 падающих в него семян. Работу стенда обеспечивает привод 10 высевающего диска 2 и создающая вакуум пневмосистема, включающая эжектор (эксгаузер) 11 посредством пневмомагистрали 12, сообщающейся с вакуумной камерой 4.
Для фиксации показателей степени присасывания семян 13 к отверстиям 14 высевающего диска 2 (фиг.3) на всасывающей пневмомагистрали 12, связанной с вакуумной камерой 4, параллельно с ней подключен байпасный отвод 15, содержащий последовательно расположенные сильфонный компенсатор 16 и дифференциальный пневматический конвертер 17 (фиг.1).
Дифференциальный пневматический конвертер 17 (фиг. 2) представляет собой самобалансирующий пневматический прибор, включающий сообщающуюся с вакуумной магистралью 12 измерительную 18 и сообщающуюся с атмосферой компенсационную 19 камеры, которые разделены между собой эластичной мембраной 20, при этом мембрана 20 посредством штифтового передаточного звена 21 взаимодействует с цифровым индикатором 22 и оснащена тензометрическим датчиком 23 связанным со средством контроля 5 (фиг.1).
Технологический процесс работы стенда осуществляется следующим образом.
Предварительно стенд подготавливают к работе: засыпают в бункер 1 высеваемый материал, запускают эжектор 11, и приводом 10 устанавливают необходимый режим вращения высевающего диска 2, соответствующего поступательной скорости движения высевающей секции.
Эжектор (эксгаузер) 11 создает в пневмосистеме стенда необходимое разряжение, при этом за счет вращения высевающего диска 2 и вакуума в камере 4 семена 13 из бункера присасываются к отверстиям 14 высевающего диска 2, и при выходе из зоны действия вакуумной камеры 4 при отсутствии присасывающей силы сходят с диска, выпадая в семяпровод 3. Падающие семена проходят через датчики 6, 7 и 8 и попадают в поддон 9. Данные от датчиков передаются в систему фиксации 5 для оценки неравномерности высева семян исследуемым высевающим аппаратом.
Параллельно со снятием этих показателей проводится оценка степени присасывания семян к отверстиям высевающего диска. За счет работы эжектора 11 через байпас 15 в измерительной камере 18 дифференциального пневматического конвертера 17 создается такой же вакуум, как и в пневмомагистрали 12, а в компенсационной камере 19 атмосферное давление, при этом разделительная мембрана 20 под действием вакуума изгибается, а размещенный на ней тензометрический датчик 23 фиксирует изменение и перепады вакуума в пневмомагистрали 12. Одновременно, за счет разницы давления в измерительной 18 и компенсационной 19 камерах за счет изгиба мембраны 20 она воздействует через штифт 21 на цифровой индикатор 22 отсчетная шкала которого оттарирована в зависимости от величины размера (зазора) перекрытия, что позволяет его фиксировать в числовом выражении с точностью до 0,01 мм.
Ниже приведены алгоритмы работы стенда при испытании и исследовании пневматического высевающего аппарата на примере различных семян.
Пример 1. Высев семян кукурузы сорта «Победа» с испытываемым диском 26-ю отверстиями ∅ 5,2 мм.
Перед началом испытаний проводится тарирование отсчетной шкалы цифрового индикатора 22 в соответствии с величиной перекрытия рабочего отверстия 14 высевающего диска 2. Для этого параллельно с основным (рабочим) диском устанавливают контратип (накладку) диска из тонкого листового материала (пластика, технического картона/паронита и др.) расположение и диаметр отверстий которого повторяют (дублируют) основной диск.
Тарирование начинают с фазы, когда оси отверстий диска-контратипа совпадают с осями отверстий рабочего основного диска. Включается пневмосистема стенда и цифровым индикатором 22 фиксируется полное максимальное открытие присасывающих отверстий. Одновременно тензометрическим датчиком 23 связанным со средством контроля 5 регистрируется изменение и перепады вакуума в пневмомагистрали 12.
Второй и последующими фазами за счет смещения диска  контратипа относительно рабочего диска проводят перекрытие его высевающих отверстий соответственно на 10, 20…100% проходного сечения фиксируя при этом показатели цифровым индикатором 22 и тензометрическим датчиком 23. Тарировочная диаграмма представлена на фиг.4.
После проведения процесса тарирования диск-контратип снимается, и на стенде проводятся основные испытания пневматического высевающего аппарата на высеве семян кукурузы, при этом данные цифрового индикатора 22 показывают степень перекрытия семенами отверстий диска (зазора между семенем и отверстием), что позволяет экспериментально подобрать оптимальный диаметр (конфигурацию) отверстий.
На фиг. 5 приведены данные показывающие зависимость степени перекрытия отверстия высевающего диска семенами кукурузы (степень присасывания семян) от его диаметра.
Пример 2. Высев семян лука сорта «Днестровский» с испытываемым диском со 102-мя 6-гранными отверстиями описанным диаметром 1 мм.
Подготовка к испытаниям проводится аналогично описанному в примере 1, только используются другие варианты и исполнение высевающего диска. Результаты исследований по оптимизации параметров высевающих отверстий для семян лука приведены на фиг. 6.
Как видно из графиков, показанных на фиг. 5 и фиг. 6 степень перекрытия семенами отверстий высевающего диска в зависимости от его диаметра корригируют между собой, при этом наблюдаются оптимальные размеры геометрических параметров отверстий для семян кукурузы в интервале диаметров от 4,6 до 5,8 мм (фиг. 5) и семян для семян лука от 0,9 до 1,2 мм (фиг. 6).
Анализ графика фиг. 5 показывает, что при высеве семян кукурузы с увеличением присасывающих отверстий высевающего диска более 5,8 мм наблюдается повышенный расход воздуха для обеспечения процесса присоса семян, так как семена перекрывают отверстия на 75-77% и порядка 25% энергии потока воздуха не используется.
В тоже время при уменьшении диаметра отверстий менее 4,6 мм перекрытие составляет порядка 90% вследствие чего в виду несимметричной конфигурации семян кукурузы место наблюдается неполная их укладка в сформированную отверстием ячейку и возможен несанкционированный их сход с диска вне зоны сброса вакуума.
Анализ графика фиг. 6 показывает аналогичную ситуацию, наблюдающуюся и на семенах лука, когда с увеличением отверстий свыше 1,2 мм имеет место перекрытие 75 -77% его диаметра, и при уменьшении отверстия до 0,9 мм описанного диаметра также имеет место их сход с диска вне зоны их падения в семяпровод. Кроме того, из-за малого диаметра появляется тенденция забивания отверстия ячейки с таким диаметром налетом протравливателя или инкрустатора, имеющегося на поверхности семян лука, что приводит к пропуску при высеве.
Проведенные исследования показали, что пневматическая система дискового высевающего аппарата в значительной степени реагирует на изменение диаметра отверстий высевающих дисков, вследствие чего следует обеспечивать качественный подбор параметров и конфигураций ячеек к соответствующему виду высеваемого материала.
Таким образом, на предложенном стенде могут проводиться испытания пневматических высевающих аппаратов и исследование процесса степени присасывания семян различных культур к отверстиям высевающего диска, что позволяет оптимизировать геометрические параметры отверстий и адаптировать их конфигурацию к формоочертанию высеваемого материала.
Эффективность стенда достигается за счет возможности ускоренных испытаний высевающих аппаратов и повышение точности полученных результатов косвенным методом.