Тема Основы расчета и конструирования машин для посева

Тема: «Основы расчета и конструирования машин для посева и посадки с. х. культур» 1. Основы расчета процесса дозирования семян катушечными высевающими аппаратами 2. Процесс образования борозд сошниками. Расчёт ширины бороздки , образуемой дисковым сошником 3. Обоснование устойчивости хода сошников. Силы, действующие на дисковый сошник 4. Обоснование параметров и режимов работы ячеисто дисковых высевающих аппаратов

ПРОДОЛЖЕНИЕ ВОПРОСОВ К ТЕМЕ «ОСНОВЫ РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ МАШИН ДЛЯ ПОСЕВА И ПОСАДКИ С. Х. КУЛЬТУР» 5. Обоснование параметров и режимов работы пневматическо го высевающего аппарата 6. Расчёт параметров и режимов работы ложечно дискового аппарата 7. Расчёт параметров дисковых заделывающих устройств

Катушечные высевающие аппараты производят объемное дозирование семян, то есть непрерывный поток (струю) заданной интенсивности. Надо уметь рассчитывать эту интенсивность и знать, как она зависит от конструктивных параметров аппарата, чем её можно регулировать. Семена выталкиваются в объеме желобков и еще вытекают свободно в активном слое толщиной с` (рис. 1)

Схема к расчёту параметров катушечного высевающего аппарата Схема закономерности движения семян в катушечном аппарате.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАБОЧЕЙ ЧАСТИ КАТУШКИ С ПОТОКОМ ЗЕРНА Если зазор между ка тушкой и дном коробочки достаточно велик, то этот слой может не распространяться до дна, то есть остаётся «мертвый» слой, как его назвал В. П. Горячкин. В зоне 1 (рис. 2) семена движутся под действием силы тяжести; в зоне 2 семена, попавшие в желобки катушки , перемещаются принудительно вместе с ней; в зоне 3 , называемой активным слоем, движение семян вызывается силами внутреннего трения , которые создаются рёбрами катушки и передаются от одного слоя семян другому.

Характер распределения скоростей движения семян в активном слое окружная скорость катушки , м/с ; условный активный слой; толщина активного слоя

ТОЛЩИНА АКТИВНОГО СЛОЯ КАТУШКИ В активном слое скорости истечения семян уменьшаются по мере удаления от катушки, поэтому вводят понятие «условный активный слой» и считают, что по всей его толщине Су скорость постоянна и равна окружной скорости катушки, а расход семян в этом слое такой же, как и в реальном активном слое. Толщина активного слоя семян для различных культур разная, но не превышает 6 толщин семян. У пшеницы активный слой состоит из 4 х слоёв ( =10 мм), у проса – из 5 ти слоёв ( =7 мм).

РАСЧЁТ РАБОЧЕГО ОБЪЁМА Рабочий объём катушки V состоит из объёма КАТУШКИ семян, прошедших в активном слое и объёма семян , вынесенных желобками катушки, т. е. (1) Объем семян, вынесенных желобками Vж рассчитывается по формуле , (2) где площадь поперечного сечения желобка; длина рабочей части катушки , мм z число желобков, z =12

ПРИВЕДЕННАЯ ТОЛЩИНА АКТИВНОГО СЛОЯ коэффициент заполнения желобков, =0, 7…. 0, 9. Большее значение для мелких семян. Площадь желобка катушки F определяется из выражения (3) где b ширина желобка катушки, см; h – высота желобка катушки, см.

РАСЧЁТ ОБЪЁМА СЕМЯН Объем семян в активном слое за один оборот катушки определятся из опытов, путём вращения рукоятки установки при трёхкратной повторности измеряя объём семян мензуркой. Подставив значения и в выражение(1) получим объём семян, высеваемых за один оборот катушки в зависимости от конструктивных параметров.

РАСЧЁТ ОБЪЁМА СЕМЯН ВЫСЕВАЕМЫХ КАТУШКОЙ ЗА ОДИН ОБОРОТ КОЛЕСА С другой стороны, этот же объем можно вычислить, исходя из требований агротехники. За один оборот колеса диаметром D один высевающий аппарат засевает площадь S=πDa, где а ширина междурядья. За это время катушка повернётся на i оборотов и высеет весовыx единиц зерна, где i передаточное отноше ние от колеса к катушке, объёмный вес зерна. Площадь S= так относится к одному гектару, как количество зерна относится к норме высева Q: то есть

РАСЧЁТ ОБЪЁМА СЕМЯН ЗА ОДИН ОБОРОТ КОЛЕСА Получим соотношение вида (4) Из выражения (4) определяем объём семян , который должна дозировать катушка высевающего аппарата за один оборот колеса (5)

РАСЧЁТ НОРМЫ ВЫСЕВА СЕМЯН Таким образом объём семян высеваемых желобками катушки равен ( 6) Из выражения (6) определяем норму высева семян (7) Выражение (7) показывает зависимость нормы высева семян от конструктивных параметров аппарата.

РЕГУЛИРОВКА НОРМЫ ВЫСЕВА СЕМЯН С учётом процесса буксования колёс сеялки по почве в выражение (7) примет вид (8) Частоту вращения катушки определяется по формуле (9) где скорость движения посевного агрегата, м/с; коэффициент скольжения колёс по почве, равный 0, 03…. . 0, 1

РЕКОМЕНДАЦИИ ЗНАЧЕНИЙ ОБЪЁМНОГО ВЕСА И СПОСОБОВ РЕГУЛИРОВКИ НОРМЫ ВЫСЕВА Рекомендуемые значения объёмного веса семян : пшени ца, рожь 0, 7. . . 0, 82; ячмень 0, 54 . . . 0, 68; овёс 0, 54. . 0, 56 Во время экс плуатации сеялки норму высева регулируют только дву мя параметрами – длиной рабочей части катушки и передаточным отношением привода i. .

ВЛИЯНИЕ СЕМЯПРОВОДОВ НА ПРОЦЕСС ВЫСЕВА Из высевающего аппарата к сошнику семена подаются по семяпроводу. Применяются семяпроводы спирально ленточные, трубчатые, воронкообразные, гофрированные, телескопические. На сеялках типа СЗ З, 6 чаще применяют гофрированные семя проводы. При движении в семяпроводе семена не сохраняют своего относительного расположения, они обгоняют друга и этим сглаживают неравномерность высева катушечным аппаратом.

УСЛОВИЯ СГЛАЖИВАНИЯ ПОТОКА СЕМЯН В СЕМЯПРОВОДЕ Так катушка выдаёт семена желобками, то создается пульсация потока, которую желательно сгладить для равномерного распределения семян в борозде. Поэтому семяпроводы наряду с главной своей задачей довести струю семян до сошника без потерь играют и другую роль выравнивать интенсивность потока семян.

Для успешной работы семяпроводов необходимо два услов ия: внутренний диаметр должен быть не менее 35 мм и угол на клона семяпровода в продольно вертикальной плоскости 75°.

КОЭФФИЦИЕНТ ЗАДЕРЖИВАНИЯ ВРЕМЕНИ ПАДЕНИЯ При вертикальном расположении семяпровода семена падают свободно, а при наклоне его они движутся, как по наклонной плоскости, поэтому необходимо, чтобы в любой точке угол его наклона был больше угла трения семян. Различные типы семяпроводов имеют разный коэффициент t задерживания времени падения: Коэффициент выбирают в пределах 1, 05. . . 1, 15.

ПРИЧИНА ОТСУТСТВИЯ СЕМЯПРОВОДОВ У СЕЯЛОК ТОЧНОГО ВЫСЕВА Чем он больше, тем лучше сглаживается порционность исходного потока семян. Однако чрезмерное увеличение тормозящего эффекта мо жет привести к забиванию семяпровода. У сеялок точного высева аппараты выдают потоки се мян, близкие к регулярным. Это значит, что семена высеваются поштучно с одинаковыми интервалами моментов выброса. В этом случае семяпровод играл бы резко отрицательную роль, так как он бы искажал точность пунктирного высева. Поэтому у всех сеялок точного высева семяпроводы отсутствуют, а высевающие аппараты опущены почти до поверхности почвы.

2. ПРОЦЕСС ОБРАЗОВАНИЯ БОРОЗД СОШНИКАМИ Процесс образования борозд различными типами сошников различен. Анкерные сошники с острым углом вхождения раздвигают почву в стороны, одновременно слегка ее поднимая вверх, и сдвигают вперед; в результате перед сошником образуется предсошниковый холм (рис. 1) Ширина предсошникового холма определяет расстановку сошников в одном ряду в поперечном направлении, т. е. ас > Вх, где ас — расстояние между сош никами Вх , — и ширина предсошникового холма.

1 наральник; 2 – корпус; 3 – тяга; 4 – щеки; 5 – пластина отражательная; 6 – рамка; а с острым углом; б – с тупым Рисунок. Схемы анкерных сошников

Рисунок 1. Схема образования борозды анкерными сошниками с острым (а) и тупым (б) углом вхождения в почву

Процесс образовании борозды Рисунок 2. Зоны деформации почвы, воздействием сошника при образовании борозды

При предсошниковые холмы смыкаются, образуя сплошной валок почвы, происходит сгруживание почвы, способствующее забиванию сошников, и процесс бороздообразования нарушается. По опытным данным для сошников с острым углом вхождения в почву значение ас следует принимать не менее 20 см.

Анкерные сошники с тупым углом вхождения при работе раздвигают почву и вдавливают ее вниз (рис. 1, б и рис. 2), в результате чего дно и стенки бороздки уплотняются, предсошниковый холм сводится до минимума и зна чение а с может быть уменьшено до 15 см,

Геомет ические параметры сошников влияют на р форму и размеры об разуемой бороздки. Один из ее основных размеров — ширина по дну. Рассмотрим зависимость между шириной бороздки и параметрами двухдискового сошника. Пусть точка А (рис. 1) стыка дисков находится на высоте, определяемой углом накло на радиуса A=R к вертикали, а угол между O дисками будет . Тогда ширина бороздки, определяемая расстоянием между ниж ними точками режущих кромок дисков,

Расчёт ширины бороздки , образуемой сошником Рисунок 1. Схема к определению шири ны бороздки, образуемой сошником

РАСЧЁТ ШИРИНЫ БОРОЗДКИ ДИСКОВОГО СОШНИКА Так как отрезок то подставив его значение в выражение (1) получим Из формулы ( 3) следует, что с увеличением углов и ширина бороздки возрастает.

Например, в сошнике узкоряд ной сеялки при =100°, = 18° и D = 350 мм получаются две са мостоятельные бороздки с расстоянием 65 мм одна относитель но другой. У сошника для рядового посева =50°, = 10°. При >50° диски работают раздельно, проводя две самостоятельные бороздки. Ширина сошника должна быть достаточной для прохода се мян из семяпровода в орозду. б

Рисунок 2. Схема стрельчатого сошника с трубчатым семяпроводом, применяемые при посеве по стерне

ВЛИЯНИЕ ЗОНЫ ДЕФОРМАЦИИ НА РАССТАНОВКУ СОШНИКОВ Ширину зоны деформации почвы определяет наименьшее расстояние а между сошниками в одном ряду, так как должно выдержано условие а > . При его несоблюдении зоны перекрываются и образуется сгруживание почвы в зоне работы сошников, и нарушает процесс образования борозд. По опытным данным , для анкерных сошников a>20 cм, двухдисковых 25 см и килевидных 15 см. В продольном направлении расстояние между сошниками сеялки СЗ 3, 6 А 22 см, СЗУ 3, 6 47 см и килевидных сошников 35 см

3. ОБОСНОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ХОДА СОШНИКОВ. СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ДИСКОВЫЙ СОШНИК Устойчивость хо да сошников влияет на равномерность распределения семян по глубине. Она зависит от системы крепления сошников к раме и от направления действующих на них сил (рис. 2 и 3). Корпус сошника жестко крепится к поводку 3, который вращается вокруг неподвижной горизонтальной оси, перпенди улярной к к направлению движения сеялки. Следовательно, система сошник — поводок — это тело с одной степенью свободы.

Силы, действующие на дисковый сошник Рисунок 2. Схема сил, действующих на сошник, и их векторный треугольник.

Силы, действующие на дисковый сошник Рисунок 3. Схема к расчёту устойчивости хода сошника

СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ДИСКОВЫЙ СОШНИК При поступательном движении сошника в почве на него действуют следующие силы: силы тяжести G сошника с повод ком, приложенная в точке О'; сила G от давления пружины 2 штанги; равнодействующая всех сил сопротивлений почвы дви жению сошника R; сила тяги Р, приложенная к шарниру О по водка. Последняя разлагается на две составляющие: , на правленную вертикально вверх и создающую вертикальное дав ление в шарнире О; Р , 2 направленную по горизонтали и обес печивающую движение сошника параллельно поверхности по ля.

УСЛОВИЕ РАВНОВЕСИЯ СОШНИКА Для равновесия необходимо, чтобы G+G 1 + R+Р = 0 Благодаря симметричной форме сошников и считая, что он работает в однородной почвенной среде, результирующая си ла R (рис. 4) будет расположена в плоскости симметрии сошника. Симметричность формы сошника обусловливает действие на него сил в одной вертикальной плоскости.

Расположение результирующей силы R Рисунок 4. Схема сил , действующие на сошник в плане

УРАВНЕНИЯ РАВНОВЕСИЯ СОШНИКА Проектируя их на оси X и У, получим уравнения равнове сия сошника в горизонтальной и вертикальной плоскостях: где угол наклона силы тяги к горизонту; —угол между горизонталью и направлением силы R.

РАСЧЁТ СУММЫ МОМЕНТОВ СИЛ При соблюдении этих условий не будет происходить колеба ний сошника в вертикальном направлении. Согласно условию равновесия сумма моментов сил, дейст вующих на сошник, должна быть равна нулю. Относительно шарнира О это условие выражается зависимостью (3) где плечи сил и R

РАСЧЁТ РАВНОДЕЙСТВУЮЩЕЙ ВСЕХ СИЛ СОПРОТИВЛЕНИЙ ПОЧВЫ ДВИЖЕНИЮ СОШНИКА Из выражений (1 и 2) путём исключения можно получить значение (4) Направление этой силы определяется углом определяемый из соотношения (5)

На основании выражений 4 и 5 можно рассчитать расстояние r от носка сошника до точки его подвески

Исследования устойчивости дисковых сошников привели к следующим выводам. 1. Устойчивость хода сошников по глубине при постоянной поступательной скорости сеялки улучшается с удлинением поводка, с увеличением веса сошника, с уменьшением угла наклона поводка.

2. Устойчивость хода сошников по глубине не зависит от скорости поступательного движения сеялки, но колебания скорости ухудшают устойчивость, в особенности тяжелых сошников. При установившемся движении сошника, когда действующие на нeгo силы находятся в равновесии, равнодействующей сил R и G будет сила Т, равная по абсолютному значению силе Р и направленная противоположно ей. Так как силы Т и Р находятся на одной прямой, то плечо силы Т=0 относительно шарнира О.

РЕГУЛИРОВКА ГЛУБИНЫ ХОДА СОШНИКОВ Практически глубину хода сошников регулируют измене нием агрузки G на сошник н (давление пружины на дисковом сошнике, груз на анкерном и т. д. ), угла вхождения и направ ления силы тяги Р (за счет переноса точки присоединения по водков по горизонтали и вертикали ). При одинаковой массе сошник с острым углом вхождения (анкерный) обеспечивает большую глубину заделки семян, чем сошник с тупым (килевидный). Поэтому последний применяют на сеялках для посева семян таких культур, которые требуют неглубокой заделки в почву (например, льна). Сошники с ту пым углом вхождения менее чувствительны к изменяющемуся сопротивлению почвы, и устойчивость хода у них лучше, чем у анкерных.

4. ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЯЧЕИСТО ДИСКОВЫХ ВЫСЕВАЮЩИХ АППАРАТОВ Ячеисто дисковые аппараты бывают с вертикальной, гори зонтальной и наклонной плоскостью вращения. Поштучный от бор семян осуществляется ячейками. Норма высева регулируется числом ячеек и частотой вращения диска. Сменой дисков дости гается возможность высева семян различных фракций или разме ров, а иногда и различных культур. Обязательное условие по штучного высева в каждую ячейку должно входить одно семя.

ПОДБОР ЯЧЕЕК ВЫСЕВАЮЩИХ ДИСКОВ Это не всегда просто осуществить, тем более, если семена непра вильной формы с тремя размерами (длина, ширина и толщина), и каждый размер в массе семян имеет разброс. В таком случае се мена калибруют на размерные группы, или фракцию, а иногда и на фракции по форме семян с тем, чтобы сузить разброс размеров внутри фракции. Размеры ячеек нужны такие, чтобы самое круп ное семя фракции вошло в нее с зазором, но самые мелкие не должны размещаться попарно.

УСЛОВИЯ ЗАПОЛНЕНИЯ ЯЧЕЕК Для гарантированного заполнения ячеек диска семенами на до соблюдать ва условия: д правильное соотношение размеров ячеек и семян, а также обоснование скорости вращения диска. Для обоснования допустимой скорости вращении диска рас смотрим процесс западания семени в ячейку какого либо из трёх упомянутых типов аппаратов. Допускаем два упрощения процес са: в аппарате одно семя, других нет, а также то, что при падении в ячейку семя не кувыркается (рис. 1).

Процесс западание семян в ячейку диска Рисунок 1. Схема процесса западание семян в ячейку дискового аппарата

УСЛОВИЕ ЗАПАДАНИЕ СЕМЯН В ЯЧЕЙКУ ДИСКА Семя движется вслед за диском, увлекаемое силой трения, но со скоростью, гораздо меньшей: . Между семенем и диском существует относительная скорость . С этой скоростью семя пролетает над ячейкой. Будем считать, что полет семени начинается с того момента, когда его центр тяжести находится на самом краю ячейки, а заканчивается в момент соударения с противоположной стенкой. Если за время этого гори зонтального полета семя успело опуститься на половину своей толщины, то

РАСЧЁТ ВРЕМЕНИ И ДАЛЬНОСТЬ ПОЛЁТА СЕМЕНИ то оно уже не выскочит из ячейки при рикошете от стенки. Если центр тяжести семени находится в середине его длины, то дальность горизонтального полета равна L — 0, 5 , где L — размер ячейки, а — длина семени. Определим время этого полета

ДАЛЬНОСТЬ ПОЛЕТА СЕМЯН КУКУРУЗЫ У семян кукурузы центр тяжести смещен к более широкому основанию, поэтому там дальность полета может быть определена по формуле

СКОРОСТЬ ЗАПОЛНЕНИЯ ЯЧЕЙКИ СЕМЕНАМИ Поэтому при западании семени в ячейку диска необходимо, чтобы окружая скорость u центра ячейки должна быть тем меньше, чем больше размеры семян(толщина а, длина l), короче длины L ячейки и меньше скорость движения семян. Скорость заполнения ячейки семенем рассчитывается из выражения

СПОСОБЫ УВЕЛИЧЕНИЯ СКОРОСТИ ЗАПАДАНИЯ СЕМЯН В ЯЧЕЙКИ ДИСКА Чтобы не нарушить условие (6) западание семян в ячейки , необходимо увеличить и абсолютную скорость движения семян. Для этого на поверхности дисков делают насечки или устанавливают накладки из фрикционных материалов. Применение входных фасок пере ячейками позволяет несколько повысить частоту вращения диска

5. ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПНЕВМАТИЧЕСКО ГО ВЫСЕВАЮЩЕГО ППАРАТА А Присасывающую силу , необходимую для удержания семян в зоне отверстий высевающего диска (рис. 5. 1), можно определить по формуле (5. 1) где k — коэффициент пропорциональности, равный для семян сахарной свеклы 0, 78, кукурузы— 1, 35; р — разрежение воздуха вблизи отверстий, Па; s — площадь присасывающего отверстия, м 2.

Рисунок 5. 1. Схема сил, действующих на присасываемое семя.

ПАРАМЕТРЫ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ДИСКА Площадь отверстия s зависит от размера семян и равна (5. 2) Из формулы (5. 2) диаметр отверстия равен d = 0, 7 b. Параметры высевающего диска и режимы работы аппарата и сеял и взаимосвязаны. к Так, секундная подача семян q высевающим диском составляет (5. 3) где и — окружная скорость диска по центру отверстий, м/с; — шаг от верстий на диске (расстояние между их центрами), м.

УСЛОВИЕ ПРИСАСЫВАНИЯ И ВЫНОСА СЕМЯН Для обеспечения процесса присасывания и выноса зерен необходимо, чтобы шаг отверстий на диске был больше в 2 раза максимального размера семян, т. е. где — максимальный размер семян.

Секундную подачу семян q можно определить через скорость сеялки vм и шаг пунктира (расстояние между семенами в ряд ке) из выражения Шаг пунктира находят по формуле где т — средняя масса одного семени, кг; Q — норма высева, кг/га; а — ширина междурядья, м.

РАСЧЁТ ОКРУЖНОЙ СКОРОСТИ Сравнивая уравнения (5. 3) и (5. 5), имеем Но u – окружная скорость диска равна Подставляем значения u в выражение (5. 7) определяем диаметр диска по центрам отверстий из выражения (5. 8)

РАСЧЁТ ДИАМЕТРА , ЧИСЛО ОТВ. ДИСКА И РАСХОДА ВОЗДУХА Полный диаметр диска рассчитывается с учётом максимального размера семян (5. 9) Число отверстий на высевающем диске определяют из соотношения (5. 10) Расход воздуха Q вентилятором, создающим разряжение, определяют по формуле

ОБОЗНАЧЕНИЕ СИМВОЛОВ ВЫРАЖЕНИЯ (5. 11) где — коэффициент присасывания, равный 0, 55. . . 0, 72 (он представляет собой отношение скорости воздуха в отверстии с семенем к скорости без семян); — скорость воздушного потока в отверстии диска; — число отверстий диска, находящихся одновременно в вакуумной камере; z —чис ло аппаратов.

Скорость зависит от разрежения Р в воздушной системе и рассчитывается по формуле где — аэродинамический коэффициент сопротивления отверстия, равный 0, 7. . . 0, 72 для отверстий диаметром 0, 8. . . 3 мм; — плотность воздуха, .

О ВЕЛИЧИНЕ РАЗРЕЖЕНИЯ В практике разрежение Р создают такое, чтобы присасывающая сила в 10 раз была больше силы тяжести семян. На современных сеялках пневматические высаживающие аппараты имеют разрежение 5 к. Па.

РАСЧЕТ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ОТНОШЕНИЙ ПРИВОДА АППАРАТОВ ТОЧНОГО ВЫСЕВА (РЕЖИМ РАБОТЫ АППАРАТА) Все аппараты точного высева отбирают семена по штучно, поэтому норма высева исчисляется не в весовом, а в по штучном измерении : где λ норма высева, шт. /м; средний интервал между семенами в борозде, м.

Норму высева можно вычислить, исходя из конструктивных параметров сеялки. Допустим, за один оборот опорно приводного колеса сеялка высевает N семян. Если известно передаточное отношение привода i и число ячеек z на диске, то . За этот один оборот колеса сеялка пройдет расстояние где Rк радиус колеса, м; коэффициент проскальзывания колеса, при нимается 0, 1.

РАСЧЕТ ШТУЧНОГО ВЫСЕВА СЕМЯН Тогда норма высева вычисляется из выражения Передаточное отношение определяется по угловым скоро стям где угловая скорость вращения диска, с 1 угловая скорость вращения колеса, с 1

На стадии проектирования сеялки в исходных данных имеется ряд значений нормы высева, который надо обеспечить регу лировкой i или z. Выбирается число ячеек на диске и вычисля ют передаточное отношение для каждой нормы высева из соотношения

При расчете передаточных отношений для регулировки нормы высева иногда очень удобно пользоваться зависимостью где скорость вращения диска на радиусе ячеек, м/с; скорость движения сеялки, м/с; S − расстояние по дуге между центрами ячеек на диске, м.

Скорость вращения диска cоставит где - радиус диска по окружности центров ячеек, м. Скорость движения сеялки

Поставив выражения (5. 19 и 5. 20) в (5. 18) получим Из выражения (5. 21) определим Таким образом, получили способ вычисления передаточного отношения через другие параметры.

6. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЛОЖЕЧНО ДИСКОВОГО АППАРАТА Работа посадочных аппаратов ложечно дискового типа склады вается из трех последовательно наступающих фаз: захвата клубня в период прохождения ложечки в слое картофе ля в питающем ковше; фиксации клубня в ложечке зажимом и переноса его к прием ной горловине сошника; освобождения клубня от зажима и свободного его падения в сошник и далее в борозду.

Ложечно – дисковый аппарат 1 ложечка; 2 – диск; 3 – растяжка; 4 зажим; 5 рычаг зажима Рисунок 1. Общий вид ложечно дискового аппарата

ФАЗЫ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА АППАРАТА Все три фазы рабочего процесса аппарата выполняются за один оборот диска. Захват клубня ложечками (рис. 1, а) при их прохождении сквозь слой картофеля зависит от размеров клубней, частоты вра щения диска аппарата и от толщины слоя клубней в питающем ковше. При известной поступательной скорости машины v, задан ном расстоянии между клубнями t в рядке, без учета скольжения приводных колес машины или буксования колес трактора (в слу чае с приводом от ВОМ) и при условии, что все ложечки заполня ются клубнями, частота вращения диска равен

РАСЧЁТ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ДИСКА где t – расстояние между клубнями; к — число клубней в гнезде; z — число ложечек на диске. На процесс захвата клубней ложечками наи большее влияние оказывают угловая скорость высаживающего диска и зазор между ложечкой и боковиной питающего ковша.

СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА КЛУБЕНЬ В ЛОЖЕЧКЕ При частоте вращения диска более 20 мин 1 устойчивое положение клубня в ложечке зависит от центробежной силы инерции Рц (рис. 2 и 3). Выпадение клубня из ложечки наибо лее вероятно в том случае, когда он не касается боковины. При этом на него действуют центробежная сила инерции Рц = m 2 R и сила тяжести G=mg.

Действия сил на клубень Рисунок 2. Схема действия сил на клубень, находящийся в ложечке (ОСНОВНОЙ)

Действия сил на клубень в момент его захвата (а), выпадения (б) из ложечки Рисунок 3. Схема действия сил на клубень в момент захвата (а) и выпадения(б) из ложечки

УСЛОВИЕ УСТОЙЧИВОСТИ КЛУБНЯ Условие устойчивости клубня выражается неравенством или (2) где плечи; угловая скорость диска; R расстояние от центра вращения диска до края ложечки. Предельная угловая скорость вы саживающего диска (3)

РАСЧЕТ УГЛА ОПРОКИДЫВАНИЯ КЛУБНЯ В ЛОЖЕЧКЕ Обозначив , (где приведенный угол опрокиды вания), олучим п При угле фиксации = 70° клубней в ложечке угол = 14. . 20°. Принимая R= 0, 28 м, получаем = 2, 9. . . 3, 1 с 1 или n = 29. . . 30 мин 1. Чтобы обеспечить захват одного клубня ложечкой поса дочного аппарата, необходи мо установить зазор между боковиной питательного ков ша и ложечками.

ЗАВИСИМОСТЬ ЗАЗОРА ОТ МАССЫ КЛУБНЯ Зазор зависит от массы клубня. При массе 40. . . 100 г он будет соответственно равен от 3. . . 5 до 8. . . 16 мм. Для уменьшения повреждаемости клубней устанавливают зазор между ложечками и днищем ковша питателя, равный 2. . . 7 мм. Освобождение клубней зажимом происходит после транспорти рования зажатого клубня до горловины сошника. При этом отво дящий рычажок зажима вторично набегает на направляющую шину

ПРОЦЕСС ВЫПАДЕНИЯ КЛУБНЯ Выпадение клубня из ложечки начинается несколько позже начального момента контакта рычажка с шиной. Это объясняется тем, что для свободного выпадения клубня необходимо отвести зажим на некоторый угол. Отставание начала выпадения клубня из ложечки от начала контакта рычажка с шиной зависит от формы ложечки, параметров зажимного устройства, от размеров и формы клубней. Если в ложечке находится мелкий клубень, рыча жок

УГОЛ ОТКЛОНЕНИЯ РЫЧАЖКА (рис. 4, а) отклоняется от горизонтальной линии на угол ; при зажиме крупных клубней — на угол . Отставание от начального момента на бегания рычажка на шину до освобождения клубня находится в пределах угла поворота рычажка = 2. . . 6° для мелких клубней и = 2. . . 4° для крупных клубней. Это является причиной изменения интервалов времени между последовательными выпадениями клубней из ложечек.

Рисунок 4. Схема расположения ложечек в момент выпадения мелких и крупных клубней

РАСЧЁТ ВЫСОТЫ ПАДЕНИЯ КЛУБНЕЙ В зависимости от размеров клубней они будут после освобождения из ложечек падать с разной высоты (рис. 4, б) , которые определяются по формулам (5) В результате разницы в высоте падения и разницы в интервалах времени, при последовательном освобождении клубней разных размеров из ложечек, получается неравномерное распределение их в рядке. Поэтому перед посадкой картофель сортируют по мас се на следующие фракции: 30. . . 50, 50. . . 80 и 80. . . 120 г.

НОРМА ПОСАДКИ КЛУБНЕЙ Норма посадки клубней QK на гектар рассчитывается из выражения где n частота вращения BOM трактора, мин 1; i передаточное число от ВОМ трактора к валу дисков посадочных аппаратов; z — число ложечек на диске; т — средняя масса одного клубня, г. b —ширина междурядий, м; V — скорость движения агрегата, км/ч.

РАСЧЁТ ЧИСЛО КЛУБНЕЙ НА ГА И ШАГА Число высаживаемых клубней N определяем из выражения (7) Шаг посадки t равен клубней (8)

КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА ЛОЖЕЧНО ДИСКОВЫХ ПОСАДОЧНЫХ АППАРАТОВ При проектном расчете определяют передаточные числа привода для каждого заданного интервала нормы высадки клубней и минимальное передаточное число привода, лимитируемое допустимой частотой подачи клубней. Передаточное число привода от независимого ВОМ тракто ра к посадочным аппаратам определяют из соотношения (1) где и n— частоты вращения соответственно 1 ВОМ трактора и поса дочных аппаратов, мин.

РАСЧЁТ СКОРОСТИ АГРЕГАТА Cкорость агрегата V зависит от вращения высаживающего диска и рассчитывается по формулам или (2) где V— фактическая (с учетом буксования) рабочая скорость агрегата, км/ч; z— число ложечек на одном диске; t – шаг посадки , м; N — густота посадки, тыс. клубней на 1 га; а — ширина междурядья, м.

РАСЧЁТ ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕДАТОЧНОГО ЧИСЛА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЁННОГО РЕЖИМА РАБОТЫ Значение передаточного числа зависит от рабочей скорости агрегата, шага посадки и рассчитывается из выражения (3) Так как передаточное число привода регулируется сменными звёздочками, то при расчёте оптимальных режимов работы выбирают нужную рабочую скорость и число зубьев сменной звёздочки при заданной густоте посадки N

РАСЧЁТ РЕЖИМА РАБОТЫ АГРЕГАТА Режим работы картофелесажалки согласовывают с приводом от: независимого ВОМа трактора Синхронного ВОМа

7. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ДИСКОВЫХ ЗАДЕЛЫВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ При проектирования заделывающих устройств важное значение имеют параметры заделывающих дисков и их установка под различными углами к горизонту и к направлению движения. При посадке картофеля в гребень, целесообразно делать сошником борозды такой глубины, чтобы верхняя поверхность клубня в борозде была не ниже 5. . . 6 см.

РАСЧЁТ ГЛУБИНЫ ЗАДЕЛКИ КЛУБНЕЙ Чтобы довести глуби ну заделки клубней в гребне до 12. . . 14 см, необходимо выпол нить условие (7. 1) где h — высота гребня от поверхности поля; — угол естественного откоса почвы. Принимая для рыхлой почвы h = 8 см и = 35°, получим =23 см. Кроме того, запас почвы в междурядье должен быть равен объему гребня.

Расчёт расстояния между дисками Рисунок 1. Схема к расчёту расстояния между дисками

. РАСЧЁТ ПЛОЩАДИ СЕЧЕНИЯ БОРОЗДЫ Если считать, что диски расположены в вертикальной плос кости (рис. ), то площадь 1 сечения борозды находят по фор муле для определения площади сегмента с учетом угла уста новки дисков, т. е. где — хорда диска на уровне глубины а; а —глубина хода диска.

РАСЧЕТ ПЛОЩАДИ СЕЧЕНИЯ ГРЕБНЯ SГ Значение площади сечения гребня s r рассчитаем из выраже ния где h и b 0 известны.

РАСЧЁТ ПЛОЩАДИ СЕЧЕНИЯ ГРЕБНЯ И РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ ДИСКАМИ Применяя и а= (0, 6. . . 0, 7)h, по формуле (2) находим угол установки дисков . При а = 6 см угол установки дисков =23° 40'. Расстояние b между дисками найдем из приведенной схемы, т. е. Расстояние между дисками b=36… 50 см

8. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИСТЕЧЕНИЯ СЕМЯН ИЗ ОТВЕРСТИЙ БУНКЕРА Не все технологические свойства семян имеют одинаковое значение для процесса посева. В наибольшей степени оказывают влияние на проектирование и технологический расчет рабочих органов посевных машин размер и масса семян, их форма, способность семян сопротив ляться некоторым видам деформаций (сжатию, срезанию), фрикцион ные свойства, передача движения трением в слое зерна и др.

Размер. Продольный размер (длина) семян зерновых культур ко леблется в широких пределах: от 4, 0 мм (пшеница яровая) до 18, 6 мм (овес). Длина семян пропашных культур находится в пределах 1, 8— 13, 5 мм. Поперечный размер семян колеблется значительно меньше: ширина семян зерновых культур изменяется от 1, 4 до 4, 0 мм, толщи на— от 1, 0 до 4, 5 мм; ширина семян пропашных культур — от 1, 5 до 11, 5 мм, толщина — от 1, 5 до 8, 0 мм.

Масса. Абсолютной массой семян называется масса 1000 штук семян в граммах, что соответствует средней массе одного семени в мил лиграммах. Абсолютная масса семян зерновых культур составляет 20— 42 г, кукурузы 150— 300 г, гороха 100— 200 г, проса 7— 9 г, гречихи 15 — 25 г.

Объемная масса семян (натура) определяется их абсолютной мас сой H и коэффициентом М заполнения объема kпл (плотности укладки), представляющим собой отношение фактической массы единицы объ ема зерна (1 л семян в граммах) к теоретической массе того, же объема QT т. е. где МH— масса зерна, г.

Масса семян основных зерновых культур изменяется в пределах от 400 … 565 г/л (овес) до 750… 880 г/л (пшеница озимая). Масса ку курузы пределах в 700… 865 г/л. Значение коэффициента плотности укладки семян колеблется в до вольно широких пределах. Для семян основных зерновых колосовых культур кпл=0, 58… 0, 65.

Плотность семян основных полевых культур колеблется от 1, 0 (овес) до 1, 4 (горох). На ее значение влияют влажность, содержание воздуха в эндосперме и химический состав семян. Сопротивление деформациям. Попадая под действие металличес ких деталей рабочих органов посевных машин, семена могут подвер гаться сжатию (раздавливанию) и срезанию скалыванию).

Напряжения, вызываемые механическим воздействием в стенках клеточек вегетативных частей растений (при чистом напряжении на сжатие), пропорциональны модулям их упругости. Среднее допускаемое нормальное напряжение на сжатие при влаж ности семян 14% составляет примерно 16 МПа. Влияние сжатия на всхожесть семян зависит от положения их при сжатии: если не повреж дается зародыш, то семена остаются пригодными для посева.

Фрикционные свойства. Основной вид трения семян — трение скольжения. Доля трения качения обычно невелика и не оказывает существенного влияния на закономерности их движения. Динамический коэффициент внешнего трения для семян пше ницы, ячменя и кукурузы по различным материалам составляет fд= О. ЗО… 0, 50. Со статическим коэффициентом fст он находится в соотношении:

Коэффициент внутреннего трения се мян основных зерновых культур . Угол естественного откоса семян зависит от их влажности. При уве личении влажности зерна пшеницы от 11— 12 до 14 — 15% угол естест венного откоса увеличивается от 34° до 37°. Кондиционная влажность зерна 14… 15%.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДВИЖЕНИЯ СЕМЯН Передача движения через сухое трение в слое зерна. Движущийся слой семян может быть представлен состоящим из ряда тонких слоев, наложенных один на другой. Толщина каждого из них равна пример но среднему поперечному размеру зерна. Движение наиболее заметно в верхнем (наружном) слое, а по мере углубления в массу зерна оно затухает.

Верхний слой семян движется вниз под воздействием некоторого импульса. Второй слой получает движение от верхнего слоя вследствие трения между ними, третий — от второго и т. д. В технологическом процессе посевных машин это явление наблю дается при работе высевающих аппаратов.

ПРИЧИНА ПОСЛОЙНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДВИЖЕНИЯ Причина послойной передачи движения через «сухое» трение заключается в том, что по мере углубления в слои зерна площадь фактического контакта между ними, составляющая лишь малую часть номинального контакта, увеличивается в геометрической прогрессии, тогда как давление от слоев зерна и импульса катушки аппарата уве личивается в арифметической прогрессии.

Поэтому возникает диссипация (рассеивание) давления, ведущая не к увеличению, а к уменьшению истинного удельного давления на единицу площади фактического контакта, что и позволяет передавать от слоя к слою через трение силу, достаточную для приведения его в движение. Скорость движения отдельных слоев зерна в общем «активном слое» подчиняется экспоненциальной зависимости

где V 0— скорость верхнего слоя, равная скорости детали, передающей импульс; n— порядковый номер слоя, приходящего в движение; где е – основание натуральных логарифмов; — коэффициент внутреннего трения зерна; с — постоянная величина, близкая к 0, 38.

Кривые скорости движения слоев зерна пшеницы и проса, изображенные на рисунке 8. 1, показывают, что по мере углубления скорость движения резко падает — у пшеницы практически движется всего четыре слоя (что составляет примерно 10 мм), у проса — пять слоев (около 7 мм). Общая толщина активного слоя не превышает четырех шестикратной толщины семян.

1 – пшеница ; 2 – просо. Рисунок 8. 1. Кривые скорости движения слоев зерна из бункера

ИСТЕЧЕНИЕ СЕМЯН СКВОЗЬ ОТВЕРСТИЯ Зерно в бункере находится в на ряженном состоянии. При открывании центрально расположенного отверстия приходит в движение цилиндрический столб зерна, находящийся над отверстием (рис. 8. 2). В первый момент истечения зерна нижние слои вытекают раньше, чем верхние. Семена в зерново емкости располагаются беспорядочно, но уже в самом начале истечения они поворачиваются длинной осью по направлению движения.

Понижение уровня вытекающего зерна приводит к появлению воронки. Высота, на которой образуется воронка, зависит от отношения условного диаметра дна ящика, из которого вытекают семена, к диаметру выходного отверстия. Зерно, находящееся за пределами центрального столба, стекает вниз, в воронку, под углом естественного откоса, чем обеспечивается пополнение потока семян.

Рисунок 8. 2. Схемы истечения зерна из выгрузных отверстий бункеров

Разница в скоростях движения централь ного потока и стекающих вниз боковых слоев приводит к некоторому углублению воронки, а также к увеличению ее диаметра, из за обру шивания боковых слоев зерна, граничащих с центральным столбом. В итоге устанавливается определенная очередность истечения зер на. начала вытекают С семена центрального столба, начиная от нижнего слоя и кончая верхним, затем семена боковых слоев, начиная от верх них и кончая нижними.

Над отверстием, из которого вытекают семена, образуется зерновой свод, имеющий форму параболоида. Этот свод находится в статически неуравновешенном состоянии, непрерывно разрушаясь и образуясь вновь. Образование динамического разгружающего свода приводит к тому, что количество зерна, вытекающего сквозь отверстие, не зави ситoт высоты слоя семян в зерновом ящике и определяется только высотой сво да.

Для определения высоты свода используется выражение где Н — высота свода; — приведенный радиус отверстия; — коэффициент внутреннего трения зерна.

Если сечение выходного отверстия уменьшается, то истечение семян через него может прекратиться, хотя диаметр отверстия в этот момент еще значительно больше среднего поперечного размера зерна. По экс периментальным данным, истечение семян сквозь отверстие прекра щается тогда, огда к где зерна. — средний поперечный размер

Подача зерна (см 3/с) сквозь отверстия относительно малого размера может быть рассчитана по следующей формуле, полученной из соотно шения гидродинамики для элементарного расхода жидкости где — коэффициент расхода зерна, приведенного к пшенице, для ко торой — 1, 0; X — коэффициент, учитывающий соотношение

между размером семян и радиусом выходного отверстия, равный (в опытах составил 0, 93… 0, 68); F — площадь отверстия, см 2; rпр — приведенный радиус отверстия, равный двойному гидравли ческому радиусу, см ; — коэффициент внутреннего трения зерна. Из формулы (8. 6) следует, что подача зерна не зависит от высоты слоя семян в семенном ящике. Она уменьшается только тогда, когда очень сильное внешнее давление прогибает

эластичный свод, либо когда на дне семенного ящика остаётся слой семян ниже высоты свода. При определении размера отверстий семенного ящика обычно принимается 12… 15 кратный запас подачи зерна