Расчет параметров сошниковой системы для полосового посева |
Полосовой посев семян овощных культур в настоящее время осуществляется обычными рядовыми сеялками, оборудованными специальными посевными секциями, включающими в себя сошники, семяраспределительные устройства, заделывающие и прикатывающие рабочие органы.
Основным требованием, предъявляемым к полосовому посеву, как известно, является равномерность распределения семян в продольном, поперечном и вертикальном направлениях. Распределение интервалов между семенами в направлении длины полосы в основном определяется качеством работы высевающего аппарата. В четвертой главе было показано, что при полосовом посеве сеялками с катушечными высевающими аппаратами, вне зависимости от применяемой на них сошниковой системы, распределение интервалов между семенами в направлении длины полосы подчиняется показательному закону с коэффициентом вариации, близким к единице. Результаты специально поставленных экспериментов (рис. 7.1) целиком подтверждают эту закономерность и достаточно полно согласуются с данными теоретических расчетов. Некоторое несовпадение кривых плотностей распределения интервалов между семенами объясняется влиянием семяраспределительного устройства, которое за счет многочисленных ударов семян о штифты и пластины до известной степени сглаживает порционность подачи семян высевающим аппаратом.
Равномерность распределения семян в поперечном направлении или, как принято называть, по ширине рядка (полосы), зависит, главным образом, от конструктивных особенностей и геометрических параметров семяраспределительных устройств сошниковой системы.
Равномерность распределения семян в вертикальном направлении, т. е. по глубине заделки преимущественно определяется типом сошника, параметрами открываемой им борозды, а также заделывающими и прикатывающими рабочими органами.
Рис. 7.1. Плотность распределения интервалов между семенами моркови при полосовом посеве.
Специфическим требованием, предъявляемым к полосовым сошникам, является раскрытие широкой (0,1—0,2 м) борозды с плоским уплотненным дном. Анализ имеющихся конструкций полосовых сошников показал, что этим требованиям в наибольшей степени отвечают двухдисковые сошники, которые по сравнению с другими имеют значительно меньшее тяговое сопротивление, слабо подвержены залипанию почвой, проще по конструкции и в эксплуатации.
Для образования борозды шириной 0,1—0,12 м с успехом могут использоваться двухдисковые сошники серийно выпускаемых узкорядных зерновых сеялок с диаметром дисков 0,35 м и углом раствора между ними примерно 0,4 рад., оборудованные ребордами для регулирования глубины заделки семян.
Форма и размеры борозды, открываемой двухдисковым сошником, в общем случае определяются диаметром дисков, углом взаимного наклона их, расположением точки схождения кромок и глубиной хода (рис. 7.2).
Функциональная зависимость между указанными параметрами может быть выражена уравнением:
Рис. 7.2. К определению размеров борозды, образуемой двухдисковым сошником общего назначения.
где b — ширина борозды по нижним кромкам дисков; R — радиус диска; а — угол наклона радиуса, на котором расположена точка схождения кромок дисков; — угол между дисками в плоскости, проходящей через точку схождения и центр дисков (см. рис. 7.2).
Из формулы (7.1) видно, что при постоянстве размеров дисков и угла 2 ширина борозды (без учета осыпания почвы) зависит от расположения точки m схождения дисков, определяемого углом а.
Максимальной ширине борозды будет соответствовать значение а=1,57 рад., т. е. когда точка m будет располагаться на радиусе, лежащем в горизонтальной плоскости, совпадающей с центрами дисков (см. рис. 7.2а).
После прохода такого сошника в центре борозды остается холмик (гребень) почвы, который не позволяет равномерно заделать семена по всей ширине раскрытой борозды. Поэтому в полосовом двухдисковом сошнике для выравнивания этого гребня применяется специальный рабочий орган (полозок), в функции которого входит также и уплотнение дна борозды.
Наблюдение за работой двухдискового полосового сошника показало, что процесс естественного осыпания почвы с боковых сторон борозды начинается с момента отделения почвенных частиц от кромок дисков и заканчивается на некотором расстоянии от них. Эти расстояния определяются глубиной хода сошника и скоростью его движения.
В плоскости сошника заполнение канавок, образуемых дисками при обычных и повышенных скоростях движения агрегата, происходит в основном не за счет естественно осыпавшейся с холмика почвы, а под воздействием полозка, разрушающего почвенный гребень. Следовательно, форма и размеры борозды в подсошниковой зоне (в зоне подачи семян) зависят, главным образом, от положения полозка по высоте и глубины хода сошника. Определим оптимальную высоту расположения полозка, при которой обеспечивается плоское дно борозды.
Из рис. 7.3 видно, что условием получения плоского дна является равенство объемов почвы Vi и V или, что то же самое, сечений S1 и S2, пропорциональных этим объемам.
Рис. 7.3. К определению размеров борозды, раскрытой двухдисковым сошником для полосового посева.
Сечение S1 в первом приближении может быть определено как площадь трапеции, основанием которой являются 1/2 ширины верхней части гребня (b1) и 1/2 его ширины (b2) на уровне постановки полозка.
Рис. 7.4. К определению размеров почвенного гребня между дисками сошника.
Рис. 7.5. Зависимость оптимальной высоты (h) установки полозка и глубины заделки (Ьс) семян от глубины хода сошника.
где Н — глубина хода сошника (расстояние от дневной поверхности почвы до нижних кромок дисков); h — высота постановки полозка (от нижних кромок дисков).
Значения b1 и b2 (рис. 7.4) зависят от размерных и установочных параметров сошника, а также глубины его хода и могут быть определены из выражений
Решив это уравнение, можно определить зависимость между высотой установки полозка и глубиной хода сошника. Но решение уравнения (7.7) в обычной аналитической форме представляет определенные трудности, так как в результате приведения его к каноническому виду получается уравнение четвертой степени с различными коэффициентами при неизвестном. Значительно легче оно решается графическим методом (см. таблицу).
Результаты графического решения уравнения (7.7) показывают, что с увеличением глубины хода сошника оптимальная высота установки полозка, обеспечивающая плоское дно борозды в подсошниковой полости, и глубина заделки семян увеличиваются. Это говорит о том, что положение полозка по высоте должно быть регулируемым.
Функциональная зависимость между оптимальной высотой установки полозка и глубиной хода сошника в пределах от 0,02 до 0,06 м, как видно из рис. 7.5, близка к линейной и может быть аппроксимирована уравнением прямой вида:
где а и с — постоянные, зависящие от геометрических и установочных параметров сошника.
Обработка данных таблицы по методу наименьших квадратов дала значение коэффициентов а и с, соответственно 0,27 и 0.60.
Общая ширина борозды L и ее плоской части L (см. рис. 7.3, 7.4) в подсошниковой зоне может быть определена по выражениям
Высота установки полозка в зависимости от глубины хода сошника.
Рис. 7.6. К определению глубины остаточной борозды, образуемой двухдисковым полосовым сошником.
Форма и размеры остаточной борозды (рис. 7.6), вне зоны сошника, зависят от его параметров, высоты установки полозка, а также от величины угла естественного откоса почвы.
Величина осыпи Н„ вычисляется из выражения (по А. Н. Семенову [423])
Из выражения (7.14) видно, что глубина остаточной борозды, при прочих равных условиях, зависит от величины угла естественного откоса (коэффициента внутреннего трения) почвы: чем он больше, тем глубже остаточная борозда.
Приведенные формулы для размеров борозды, раскрытой двухдисковым полосовым сошником, дают возможность определять некоторые геометрические и установочные параметры сошника, полозка, распределителя семян, заравнивателей (загортачей) и прикатывающего катка.
В целях проверки аналитических зависимостей и установления некоторых параметров процесса образования борозды были проведены специальные лабораторно-полевые опыты. Полученные данные достаточно хорошо согласуются с результатами теоретических исследований и подтверждают необходимость регулирования полозка по высоте при изменении глубины хода сошники (рис. 7.7, таблица).
Рис. 7.7. Профиль и размеры борозды (в подсошниковой зоне), открываемом двухдисковым сошником.
Некоторое несовпадение расчетного профиля борозды в подсошниковой зоне и расчетных пределов регулирования полозка с аналитическими параметрами, полученными в опытах, объясняется влиянием вращения дисков и смятием почвы полозком, которые не учитывались при теоретических исследованиях.
Фактическая глубина заделки семян определяется разностью между глубиной хода сошника и высотой постановки полозки. При увеличении глубины хода сошника эта разность, а следовательно, и глубина заделки семян возрастают.
Зону осыпания почвы определяли методом фотографирования при движении сошника в почвенном канале. Данные обработки фотографий (рис. 7.8) показали, что начало уменьшении плоской части борозды (начало осыпания почвы, точка Л), при скорости движения сошника 1,64 м/с, находится на расстоянии 1=0,138 м от центра дисков. С возрастанием скорости движения сошника расстояние 1 увеличивается и при 2,5 м/с оно становится равным примерно 0,180 м.
Форма и размеры остаточной борозды, как показали экепгрп менты, зависят от технологических свойств почвы, глубины хода сошника и скорости его движения. Увеличение глубины и скорости движения сошника приводят к возрастанию размера 1:> (рис. 7.9). При этом с повышением скорости величина 12 растет более интенсивно, чем при изменении глубины хода. В пределах скоростей движения от 1,4 до 2,5 м/с и глубины хода сотника т 0,02 до 0,06 м значение 12 не превышало 0,14—0,16 м.
Рис. 7.8. Процесс осыпания почвы после прохода двухдискового полосового сошника.
Проведены также эксперименты по установлению формы крыльев полозка, обеспечивающей достаточно хорошее выравнивание дна борозды при разрушении холмика почвы, остающегося между дисками. Наиболее рациональной формой оказалась цилиндрическая по типу отвалов плужных корпусов. При этом угол между касательной к сечению крыла и горизонтальной плоскостью должен уменьшаться от носка к задней части в пределах от 0,87—1,05 до 0,35—0,52 рад.
Поперечный размер полозка может быть определен по формуле (7.4), а вертикальный (Е) — исходя из максимальной глубины заделки семян и недопущения пересыпания почвы через крылья полозка
Продольный размер полозка (Сп) рассчитывается из условий свободного скольжения почвы по поверхности крыльев, т. с.
где γ — угол между образующей отвальчика полозка и направлением его движения; φ — угол трения почвы о материал отвальчика.
При φ = 0,5 рад. (для среднесуглинистых почв) угол у можно, принять равным 0,7 рад.
Рис. 7.9. Профиль и размеры остаточной борозды после прохода двухдискового полосового сошника при глубине хода его Н = 40 мм и высоте установки полоза h = 17 мм (средние из 3-х иовторностей, без заравнивателей и катка). Влажность почвы 18—20 %. Скорость движения сошника 1,64 м/с.
Тогда
Расположение полозка в продольном направлении определяется по формуле
где lп — расстояние от вертикальной оси сошника до концов крыльев полозка; b — расстояние (зазор) между крыльями полозка и поверхностью дисков.
Такое расположение полозка при оптимальной высоте его постановки, определяемой формулой (7.8), обеспечивает ширину плоскогодна (7.11) в ОД м.
Зона подачи семян определяется условиями осыпания почвы с боковых сторон борозды. Согласно полученным экспериментальным данным, зоной подачи семян можно считать подсошниковую полость от концов крыльев полозка до границы, лежащей от центра дисков на расстоянии 0,14 м (см. рис. 7.8).
Экспериментальные исследования различных типов и конструкций распределителей (штифтовые, призматические и др.) при высеве семян моркови, лука, редиса и других культур, показали, что лучшую поперечную равномерность высева обеспечивает штифтово-пластинчатый распределитель (рис. 7.10), установленный на двухдисковом сошнике конструкции Молдавского НИИ орошаемого земледелия и овощеводства (рис. 2.53). Коэффициент вариации количества семян в продольном сантиметровом отрезке полосы общей шириной 0,09 м, по сравнению с другими, у этого распределителя был наименьшим и не превышал 3%, тогда как у обычных штифтового и призматического он достигал соответственно 10 и 40%. Штифтово-пластинчатый распределитель меньше, чем другие, реагирует и на поперечные наклоны в пределах 0,12 рад. [481].
Определяющими моментами для расчета штифтового поля распределителя являются закономерности падения и удара семян о штифты-пластины и, в частности, траектория движения их после удара о наклонную плоскость.
Построение штифтового поля целесообразно выполнять графически по заранее рассчитанным траекториям, метод определения которых изложен нами в работе.
Построение штифтово-пластинчатого поля по вычисленным траекториям сводится к следующему. По данным расчетов на кальке вычерчиваются траектории падения семян для различных значений углов установки пластины. Нижний обрез контурной схемы распределителя разбивается на 10 зон, каждая из которых нумеруется. Наложением траекторий на контурную схему распределителя устанавливается положение центрального верхнего рассекателя (см. рис. 7.10) и, в зависимости от того, в какую зону обреза распределителя желательно направить семена, определяется угол наклона граней (пластин) рассекателя. Таким же образом находится высота расположения последующих рядов пластин , и угол их наклона. Трех- четырех рядов пластин достаточно для обеспечения равномерной подачи семян во все 10 зон.
Рис. 7.10. Геометрические параметры штифтово-пластинчатого распределителя семян двухдискового полосового сошника.
Ширина пластин рассекателей (проекция ширины на горизонтальную плоскость) устанавливается исходя из плотности распределения потока семян, поступающих в горловину распределителя. Согласно полученным экспериментальным данным, плотность семян, поступающих в центральную часть горловины распределителя, значительно выше плотности поступления их на периферийную часть. Поэтому ширина пластин рассекателей, находящихся в центральной части распределителя, должна быть больше на величину, пропорциональную плотности подачи семян. Следует также учесть, что перекрытие пластин не обязательно; между ними может быть оставлен просвет, через который семена будут падать в заранее планируемую зону.
Для уменьшения рассеивания семян при выходе их из распределителя нижнюю часть его (обрез) необходимо разделить 10-12 перегородками высотой 0,01 — 0,015 м.
Поперечный размер (1р) распределителя семян зависит от заданной ширины полосы и в соответствии с агротехническими требованиями на полосовой посев семян овощных культур может быть принят равным 0,1 м.
Расположение распределителя в продольном направлении определяется по формуле
где 1пр — расстояние от центра распределителя до центра дисков; δ1 — зазор между боковыми стенками распределителя и дисками сошника.
Штифтово-пластппчатый распределитель, рассчитанный по описанной методике, приведен на рпс. 7.10. Предпосылками для расчета параметров заделывающих устройств (заравннвателей) являются размеры остаточной борозды, фрикционные свойства почвы и скорость движения сошника.
Экспериментальные данные о размерах остаточной борозды показали, что глубина осыпи уменьшается, а дальность отбрасывания частиц почвы возрастает с увеличением скорости. Основная масса почвы при скоростях движения 1,64 и 2,5 м/с располагается соответственно па расстоянии 0,1—0,11 и 0,14—0,16 м от оси борозды.
Поэтому расстояние между заравнивателями по передним кромкам можно принять равным 0,3—0,32 м.
Угол установки заравнивателей находится из условий скольжения почвы по их поверхности
где γ1 — угол между плоскостью заравнивателя и направлением его движения; φ1 — угол трения почвы о материал заравнивателя.
Длина заравниватсля (в направлении скольжения почвы) определяется отбрасыванием почвы, иначе говоря, из условия отсутствия гребнеобразования в центре борозды (рядка).
Скорость отбрасывания почвенных частиц зависит от угла установки заравнивателя 71 и состояния почвы. В проекции на направление абсолютного движения частиц она равна
С некоторым допущением можно принять, что на частицу почвы с массой m действует только сила трения, вызванная ее весом и препятствующая движению. В соответствии с уравнением кинетической энергии при конечном значении V = 0 можно записать
где lx1 — путь, пройденный частицей после отделения ее от поверхности заравнивателя; f' — коэффициент внутреннего трения почвы.
Из уравнения (7.22) с учетом значения Vx согласно (7.21), находим
Проекция расстояния lx1 на плоскость, перпендикулярную движению сошника, характеризует длину отбрасывания почвы
Тогда расстояние между задними кромками заравнивателей и длина их в направлении скольжения почвы определяются соответственно по формулам
где B3k, Bnk — расстояние соответственно между задними и передними кромками заравнивателей; 13 — длина заравнивателей в направлении скольжения почвы.
Высота заравнивателя в первом приближении может быть определена из условий равенства его площади и проекции площади сегмента диска радиуса R со стрелой Н
где h3' — добавочная высота, учитывающая условия отсутствия пересыпания почвы через заравииватель (h3' ≚ 0,04—0,05 м).
Для устранения нагребания холмика почвы в центре борозды задние кромки заравнивателей должны быть срезаны в направлении движения примерно на 0,06 м (по верху). Положение заравнивателей по высоте должно регулироваться в зависимости от глубины хода сошника (±0,04 м).
Рис. 7.11. Контурная схема сошниковой системы для голосового посева семян овощных культур.
Диаметр прикатывающего катка может быть рассчитан по формуле
где hk — глубина колеи, образованной катком; αк — угол охвата катка почвой.
Ширина обода катка (Вк) определяется шириной засеваемой сошником полосы. С учетом перекрытия и возможных колебаний в шарнирных соединениях посевной секции она может быть принята равной
где Сm — ширина засеваемой полосы.
Положение катка по отношению к заравнивателям находится из выражения
где lk — расстояние от оси катка до нижних задних кромок заравнивателей; Rk — радиус катка.
Вес катка находится по формуле
где q0 — коэффициент объемной деформации почвы; h0 — глубина смятия почвы.
Таким образом, приведенные аналитические зависимости и данные экспериментов позволяют производить расчеты основных параметров сошниковых систем, применяемых на овощных сеялках для полосового посева семян овощных культур. В частности, они были использованы при проектировании и расчете сошниковой системы с двухдисковым сошником, контурная схема которой показана на рис. 7.11.
ДДоставка сельхозтехники и запасных частей, оросительных систем, насосов во все города России (быстрой почтой и транспортными компаниями), так же через дилерскую сеть: Москва, Владимир, Санкт-Петербург, Саранск, Калуга, Белгород, Брянск, Орел, Курск, Тамбов, Новосибирск, Челябинск, Томск, Омск, Екатеринбург, Ростов-на-Дону, Нижний Новгород, Уфа, Казань, Самара, Пермь, Хабаровск, Волгоград, Иркутск, Красноярск, Новокузнецк, Липецк, Башкирия, Ставрополь, Воронеж, Тюмень, Саратов, Уфа, Татарстан, Оренбург, Краснодар, Кемерово, Тольятти, Рязань, Ижевск, Пенза, Ульяновск, Набережные Челны, Ярославль, Астрахань, Барнаул, Владивосток, Грозный (Чечня), Тула, Крым, Севастополь, Симферополь, в страны СНГ:Киргизия, Казахстан, Узбекистан, Киргизстан, Туркменистан, Ташкент, Азербайджан, Таджикистан.
