автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Методы повышения качества посева пропашных культур

ВСЕСОЮЗНАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ

НАУК ИМЕНИ В.И.ЛЕНИНА ВАСХНИЛ

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО -ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

ВИМ

На правах рукописи

Ма Спартак Андреевич

УДК 631.33.001(043.2)

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПОСЕВА ПРОПАШНЫХ КУЛЬТУР

05.20.01 - Механизация сел ьскохо зяйственного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

МОСКВА-1988

Работа выполнена в Московском институте инженеров сельско -хозяйственного производства (ШИСП), Всесоюзном научно-иссле -довательском институте сельскохозяйственного машиностроения (ВИСХОМ), Всесоюзном научно-исследовательском институте механизации сельского хозяйства (ВМ).

Официальные оппоненты:

академик ВАСХНИЛ Г.Е.Листопад

доктор технических наук В.П.Чичкин

доктор технических наук В.С.Васин

Ведущее учреждение:

Кировоградских проектно-конструктор-скии институт

Защита состоится " ( 198 г. в /Р ча-

сов на заседании специализированного совета Д-и20.02.1)1 при Всесоюзном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследователь -ском институте механизации сельского хозяйства.

Адрес института: Ы93Ь9, ,'Иосква, 1-й Институтский пр., 5. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослал "_" _ 198 г.

Ученый секретарь специализированного Совета

О.В.Жалнин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. ХХУП съезд КПСС особую роль отводит повы -шению эффективности и качества работа. В XII—й пятилетке весь прирост продукции в сельском хозяйстве должен быть обеспечен за счет повышения производительности труда.

Качество и производительность посевных работ имеют большое значение в деле повышения урожайности и снижения затрат труда при возделывании пропашных культур.

Так, по данным ВНИСа, увеличение коэффициента вариации расс -тояни;' медду растениями с Ю-15 % до 50-60 % снижает урожайность сахарной свеклы на 40-50 ц/га, а сокращение срока сева и увеличение вегетационного периода на один день, например, сахарной свеклы, обеспечивает увеличение урожая на 2 ц/га и прирост сахаристости на 0,05 /о.

Внедрение точного высева таких пропашных культур, .как сахарная свекла и хлопчатник, позволило снизить затраты труда при возделывании этих культур по данным ВНИС и САИШ более чем в 2 раза.

Поэтому дальнейшее повышение точности высева и производитель -ности сева пропашных культур является главным направлением технической политики в этой области.

Выпускаемые промышленностью свекловичные, хлопковые и кукурузные сеялки не удовлетворяют агротехническим требованиям по точности высева не только на повышенных, но и на обычных скоростях движения.

В связи с этим разработка методов повышения качества точного высева пропашных культур на повышенных скоростях, направленная на повышение урожайности, снижение затрат труда на формирование густоты насаждения растений, имеет большое народнохозяйственное значение.

Цель и задачи исследования.Целью исследования является разработка и обоснование методов и средств повышения качества точного посева пропашных культур.

В связи с этим сформулированы следующие задачи исследования: I. Обоснование расчета технологических параметров различных способов посева пропашных культур и их сравнительный анализ с учетом как полевой всхожести семян, так и суммарной гибели растений за период вегетации от болезней, вредителей, сорняков и механичес-

3 к

ких обработок, обеспечивающих к уборке оптимальную густоту и равномерное размещение растений в рядках.

2. Определение необходимых и достаточных условий для точности высева семян пропашных культур на обычных и скоростных режимах.

3. Изучение механики и разработка теории процесса точного вы -сева пропашных культур как совокупность процессов западания семян в ячейки диска, отражения и выталкивания семян, гнездооОразования и бороздообразования, у которых входными параметрами последующего служат выходные параметры предыдущего процесса.

4. Обоснование основных направлений и средств повышения точности высева пропашных культур на скоростных режимах.

5. Обоснование основных параметров рабочих органов сеялок точного высева пропашных культур для работы на скоростях 9-12 км/ч .

Объектами исследования являются технология и процессы точного посева пропашных культур, рабочие органы и методы повышения ка -чества точного высева.

Методика исследований. Аналитическое изучение процессов точного высева проводилось на основе приложения классической механики, теории вероятностей, статистических методов исследования и применения ЭВМ. Экспериментальное исследование технологических процессов высева осуществлялось новым методом круговой скоростной киносъемки, созданных почвенных каналов с прозрачной стенкой,специального оборудования и приборов, а также стандартных методов и средств измерений агротехнических показателей работы сеялок.

Достоверность выводов и положений подтверждается результатами лабораторных, лабораторно-полевых и хозяйственных исследований, внедрением в производство рекомендаций о методах повышения качества точного посева пропашных культур.

Научная новизна исследований заключается в разработке:

- теоретических положений, вскрывающих зависимость густоты на-савдения растений к уборке и их равномерности распределения в рядке от полевой всхожести семян, вероятности гибели растений от болезней, вредителей, сорняков и механических обработок, принятых за основу при расчете нормы высева для достижения оптимальной густоты размещения растений;

- теоретических положений, в основе которых выдвинута и экспериментально проверена гипотеза о закономерности увеличения оптимальных и уменьшении требующих прореживания расстояний между растениями при таком пунктирно-гнездовом посеве, когда в кавдое гне-

здо высевается постоянно по два семени, а величина междугнездия изменяется в зависимости от полевой всхожести семян и выживаемости растений, подтвержденная а.с. № 923398;

- теоретических основ точного высева семян пропашных культур, включающих: обоснование необходимых и достаточных условий процесса западания семян в ячейки диска; установление зависимости относительной скорости семян от скорости диска, коэффициентов внешнего и внутреннего трения; вскрытие закономерности отражения семян при ударе о поверхности рабочих органов и дна борозды, раскрытие природы сил трения гибких материалов счищающих устройств, определение закономерностей гнездообразования и осыпания почвы при бороздообразовании;

- методов повышения точности высева семян пропашных культур на скоростях до 9-12 км/ч, содержащих обоснование показателей и параметров, обеспечивающих высокое качество высева путем: повышения коэффициента трения между высевающим диском и семенами; увеличения диаметра ячейки при одновременном уменьшении толщины диска; многорядного размещения ячеек на поверхности диска; использования поля центробежных сил в процессе западания семян в ячей -ки диска; устранения неподвижных элементов конструкций в зоне заполнения семян; применения ворошилок для выравнивания относительной скорости семян и устранения действия всестороннего давле -ния на граничащий с диском слой семян; применения гнездообразую-щих устройств для пунктирного посева с установкой лопасти на расчетное опережение относительно точки выброса семян из высевающего диска и по высоте от диска до лопасти на величину половины среднего размера семени, подтвержденных четырьмя авторскими свидетельствами (а.с. 136109, 182429, 190688, 638294).

Практическая ценность работы.

1.Установлены и сформулированы условия и требования к основным процессам и рабочим органам сеялок точного высева для работы на повышенных скоростях и обоснованы направления развития конструкций высевающих аппаратов для точного высева пропашных культур на скоростях 9-12 км/ч.

2. Разработан и боснован технологический режим пунктирно-гнездового посева сахарной свеклы, который позволяет сократить в 1,5 - 2,0 раза затраты труда на формирование густоты насаждения растений и повысить урожайность на 30-40 ц/га.

3. Разработан и испытан новый высевающий аппарат для точного гнездового и цунктирного посева семян кукурузы и хлопчатника,обе-

спечиващий высев 95-93$ заданного числа семян в гнездо и 70$ заданного шага пунктира на скоростях 9-12 км/ч, что почти в 2 раза превышает точность высева по сравнению с производственными аппаратами.

Реализация результатов исследований. Направление повышения точности высева за счет увеличения коэффициента трения между диском и семенами использовано на сеялке ССТ-12Б путем нанесения насечек в зоне ячеек высевающего диска.

Направление повышения точности высева за счет выравнивания относительной скорости семян реализовано на кукурузных сеялках СУПН--8, СКПП-12 в виде ворошилок в высевающем аппарате.

Направление повышения точности высева за счет увеличения диаметра ячейки механических высевающих аппаратов использовано при обосновании сокращенного комплекта высевающих дисков кукурузных сеялок.

Скоростной высевающий аппарат для частогнездового посева хлоп -чатника и пунктирного посева кукурузы рекомендован Средне-Азиатской МИС для установки на скоростных сеялках (Акт № 11-70 испытания скоростного высевающего аппарата).

Пунктирно-гнездовой посев сахарной свеклы получил одобрение на объединенном НТС МСХ СССР, Минсельмаша и Госкомсельхозтехники (протокол от 12 сентября 1978 г. № 56/88/63) и включен в "Типовые технологические карты производства сахарной свеклы в условиях естественного увлажнения и при орошении маточной свеклы и ее семенников на 1977-1980 гг.", утвержденные замминистра сельского хозяйства тов. Столбушкиным H.A. 30/1 - 1978 г..

Технология пунктирно-гнездового посева сахарной свеклы, одобренная и рекомендованная к внедрению в 1980 г. Постановлением коллегии МСХ УССР от 30 октября 1979 г. № 54, внедрена на площади более 100 тыс.га.

Результаты исследования диссертации использованы при разработке ГОСТ 26711-85 "Сеялки тракторные. Общие технические требования".

Апробация работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на конференциях по земледельческой механике (1968, 1969, 1970 гг) памяти академика В.П.Горячкина, на бюро Отделения механизации и электрификации ВАСХНИЛ (1966 г.), Всесоюзном семинаре-совещании по проблеме "Научные основы повышения рабочих скоростей машино-тракто-рных агрегатов"(Зерноград. 1970 г.), научно-техническом совете ВНИС (Киев, 1966, 1974, 1978 гг.), научно-технических советах ГСКБ(Киро-воград, 1966, 1970, 1982 гг).научно-техническом совете УкрНИИСХОМ (Харьков, 1970 г.), на секции и Ученом совете ВИМа (Москва, 1968 ,

1978 гг.), объединенном НТС (Новокубанск, 1978 г.), ученом совете АрмНИИземледелия (1982 г.).

Публикация результатов исследований. Основные положения диссертации опубликованы в издательстве "Машиностроение",союзных и республиканских изданиях. По материалам диссертации опубликовано 18 печатных работ, в т.ч. одна монография и пять авторских свидетельств на изобретение общим объемом около 20 п. л.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 380 страницах, иллюстрирована 36 таблицами, 105 рисунками. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе "Состояние вопроса и задачи исследования" дается характеристика современного уровня и перспектив развития проблем точного посева пропашных культур, который является средством повышения урожайности за счет достижения оптимальной густоты и равномерного размещения растений при минимальных затратах труда на формирование густоты насаждения.

Приводится обзор развития отечественных и зарубежных сеялок точного высева и их рабочих органов, анализ выполненных, теоретических исследований о движении семян в банке, процессах запа-дания семян в ячейки диска, счищения и выталкивания семян, гнездо- и бороздообразования. При этом отмечаются наиболее важные работы в области точного высева пропашных культур: по технологии посева и высевающим аппаратам - Г.М.Рудакова, Е.А. Беляева, В.С.Басина, Б.И.Журавлева, A.A. Еудагова, В.П.Чичкина и др., по гнездообразующим устройствам и сошникам - А.Ф.Волика, Е.А. Беляева, В.Е.Комаристова, К.Хакимова и др., по заделывающим рабочим органам - В.И.Александрова, Л.С.Зенина, А.Г.Цымбала и др.

Наряду с раскрытием физической сущности отдельных процессов точного высева во многих из них принятые допущения искажают действительную картину рассматриваемого явления и тем самым не позволяют объективно наметить пути и средства повышения качества точного посева пропашных культур при работе на обычных и повышенных скоростях. Это, в первую очередь, относится к процессам заладания семян в ячейки высевающего диска, гнездообразования, бороздообразования, отражения семян при ударе о дно и стенки

борозды, раочету параметров различных споообов точного посева пропашных культур.

Глава заканчивается постановкой цели и задач диссертации.

Во второй главе "Обоснование и расчет способов пооева пропашных культур" разработана методика раочета нормы выоева,шага пунктира, заданного числа высеваемых оемян в гнездо и размещения растений для пунктирного, гнездового и пунктирно-гнездового посевов. Отличительной особенностью расчета параметров различных способов посева пропашных культур является условие обеспечения оптимальной густоты и равномерности размещения растений к уборке при учете полевой всхожести семян и суммарной гибели растений за вегетацию от болезней, вредителей, сорнянэв и механических обработок.

Дается сравнительный анализ пунктирного и пунктирно-гнездэ-вого способов посева, который покааывает, что на современном уровне значений полевой вохожеоти семян и выживаемости растений сахарной свеклы пунктирно-гнездовой способ посева имеет преимущество по качеству распределения растений и по затратам труда на формирование густоты насаждения.

В третьей главе "Технологический процесс точного выоева и оо-новы расчета рабочих органов" разработана теория процессов за-падания семян в ячейки высевающего диска, очищения "лишних"семян и их выброса из ячейки, разделения семян при гнездовом го-севе, процессов гнездообразования и заделки семян в борозде,как единого технологического процеоса,состоящего из ряда последовательных рабочих процессов,где выходные параметры предыдущего служат входными для последующего,причем в большинстве случаев выходные не всегда являются оптимальными для входных параметров.

Изучены закономерности движения единичного изолированного семени ро рабочим поверхностям высевающего диска, его движение в массе семян при наличии неподвижного корпуса отсекания и бш него, установлены зависимости относительной схорооти семян от переносной скорости диска, коэффициентов внутреннего и внешнего трения, высоты насыпки семян с учетом конструктивных особенностей высевающего аппарата.

Все это позволило вскрыть причинную обусловленность между основными факторами процессов точного высева и наметить пути и средства их регулирования в требуемом направлении.

На основании изучения механики процессов точного высева разработаны методы повышения качества точного посева пропашных культур на обычных и повышенных скоростях,а также необходимые и достаточные условия для обеспечения агротехнически заданной точности высева пропашных культур на скоростях до 9...12 км/ч.

Самостоятельное общее теоретическое значение имеют разработки природы трения гибких материалов на примере щеточных счищающих устройств и отскока частиц неправильной формы о рабочие поверхности.

В четвертой главе "¿экспериментальное исследование" излага -ются программа и методика экспериментальных работ, результаты изучения процессов точного высева методом скоростной круговой киносъёмки и специальных исследований .подтверждающих теоретические рабочие гипотезы, дано экспериментальное обоснование разработанных методов повышения качества точного высева пропаш -ных культур на скоростях 9...12 км/ч, и технологии пунктирно -гнездового посева сахарной свеклы в сочетании с вдольрядным прореживанием всходов с расчетом схем посева и прореживания на ЭЕМ.

Приводятся данные лабораторных, лабораторно-полевых и хозяйственных испытаний технологий посева, рабочих органов и сеялок.

В пятой главе "Технико-экономическая эффективность разрабо -ток" дается перечень внедренных работ по теме диссертации и расчет экономической эффективности от внедрения отдельных разра -боток: ГОСТа 26711-85 "Сеялки тракторные. Общие технические требования" и технологии пунктирно-гнездового посева сахарной свеклы. С учетом долевого ачастия автора диссертации общий экономический эффект от внедрения этих двух работ составляет 5,0 млн.рублей.

Основные положения диссертации. В результате теоретических и экспериментальных исследований были сформулированы следующие основные положения и выводы, которые выносятся на защиту.

I. При расчете норм высева семян на гектар,погонный метр, в гнездо и оптимальной густоты насавдения наряду с полевой всхожестью семян учитывается вероятность гибели растений в период вегетации от болезней, вредителей, сорняков и механических обработок.

При расчете пунктирного и гнездового посевов норма высева на погонный метр и в гнездо принималась только с учетом полевой всхожести семян, что приводило к уменьшению фактической густоты насаждения растений от оптимальной, т.е. к.снижению урожая.

Норма высева семян на погонный метр и в гнездо должна расчитываться по формуле:

= ТТ^гнГГ^) > (1)

где кс - число семян на погонный метр, в гнездо; д- - число растений к уборке; у", - соответственно, гибель семян и растений в период вегетации; п. - число семян в гнезде (букете). Оптимальная густота насаждения растений (Н) на гектар должна расчитываться по формуле

и=тк> ("'Я*«'А-*'

,2 Л

/с

■а;

или

О О ¿V/

К,

(2)

где К6/рс

- соответственно с -е число растений в гнезде и его вероятность,

[('-?)('-£/>.-)]с. &■, б - соответственно междурадив и меедугнездие. Число растений в гнезде /<2 определяется из монограммы (рис. I), построенной по расчетам из формулы бинома Ньютона.

2. Цунктирно-гнездовой посев сахарной свеклы с числом семян в гнезде 2 шт. и с числом букетов на погонный метр, устанавливаемым в зависимости от полевой всхожести семян и гибели растений за период вегетации обеспечивает повышение урожая и снижение затрат труда, так как имеет примерно в два раза больше оптимальных расстояний между растениями и в два раза меньше загущенных интервалов, требующих про-швки.

Это положение вытекает из законов образования расстояний между растениями при пунктирно-гнездовом посеве (р

Р.=гг

Рис. I. Номограмма для

расчета числа растений в гнездах.

а при пунктирном посеве - : рх = р, Р^^ру-, РЦ*'

= ру.3 и т.д., где Л'-число подряд невзошедших семян и выпавших растений.

Расчеты показывают, что при пунктирном посеве с шагом посева 7 см всего 23%> оптимальных расстояний и 505? загущенных

7 см ( р ), требующих прорывки, а при пунктирно-гнездовом оптимальных - 50% ( ) и загущенных 25$ ( )

Число гнезд (букетов) рассчитывается по формуле (I), расстояние между растениями, исходя из формул: Вероятность появления пустого букета

Вероятность появления хотя бы одного растения

Вероятность появления одного, двух и т.д. подряд пустых букетов.

3. Процесс запад алия семян в ячейки высевающего диска происходит при наличии относительного движения семян. Скорость относительного движения не должна превышать критического значения, обуславливающего этот процесс (рис. 2)

(3)

где Ук - критическая относительная скорость семян;

Рис. 2. Западание се- соответственно ширина и длина

мян в ячейку диска семени.

Дело в том, что Полонецкий С.Д., Комаристов В.Е. и др. процесс западания семян связывали со скоростью диска, когда относительная скорость семени приравнивалась скорости диска. На расчет скорости диска накладываются ограничения по условия западания семян, что практически исключает работу на повышенных скоростях.

В связи с этим необходимо было изучить движение семян по диску, с целью определения зависимости относительной скорости семян от скорости диска и др. факторов.

Уравнения движения единичного изолированного семени

aî

г

m _ n _

m il

или

ut

— р — Р ™ 2 л ¿>1Гг-т

Решение уравнения (4) относительно ¿Гг так как скорость диска постоянна,

(4)

ctt

- о

тогда

(5)

Уравнение движения единичного семени в массе семян (рис. 3)

/77 ¿В-р.р-Г

Ut ' 1 3

где

семени.

А/, Л/г^^20.^тсйгг-2т^1Гг

А/3 = ^ Si, = я,

A/t - сила вертикального давления семян на диск;

Рис. 3. Силы, действую- ^ сила суммарного горизонтального дав-щие при движении еди- ления семян на СТ8Нку;

ничного изолированного д, _ сила вертикального давления вышележащих семян на нижнее семя; > )г > fi - коэффициент трения семени соответственно о диск, стенку и внутреннего трения; f - коэффициент, бокового давления; _f = г(А5°.

¿> - высота слоя;

- вертикальное и горизонтальное давление семян; удельный вес; SL, - площадь семени;

^ - давление вышележащих семян на нижнее;

- высота семян над нижним слоем. Тогда

ЯП/, - (ifeQ+rno>*l - 2rr,о) irjfr^Q/s,

После замены т я

<3 т сО / получим 'г

9

Уравнение движения изолированного семени в массе семян при наличии корпуса отсекателя. При вращении диска с семенами перед корпусом отсекателя образуется зона относительно неподвижных семян под некоторым углом к плоскости диска. На семя, находящееся в контакте с диском и этой наклонной поверхностью семян, действуют силы тяжести тд и трения Р) =то£ со стороны движущегося соседнего семени (рис. 4).

Чтобы это семя перемещалось вверх по наклонной поверхности, необходимо соблюдать условие

4г ? [(Рл -гт $ 3сп или

Рис. 4. Силы, действующие при движении семян перед корпусом отсекателя.

После преобразования получим

(7)

я

Неподвижный корпус отсекателя вызывает дополнительные силы сопротивления движению семян: проекции на горизонтальную плоскость реакции Л/ , силы трения и

или

/тг^г'пы , т.е.

Я - (тр &1сС + -г тфЗе'пи

Подставив в (8) значение из (7), получил

= Л'«ос (,+ Сел*).

Таким образом, на семя, которое движется в массе семян действуют силы К, 7, N и М , и уравнение движения запишется в виде

(8)

Из этого выражения находим г

У = ] с,;«.)

£ т сд А

Щ

После замены т на -—'-— получим

Следовательно, в зависимости от условий западание семян в ячейки диска происходит со скоростью относительного движения ¿Г^ , значения которых определяются по формулам (5), (б) и (9).

Анализ этих формул показывает, что относительная скорость семян зависит от переносной скорости диска , коэффициента трения семян о диск , о стенку банки /г и коэффициента внутреннего трения /3 . Причем, скорость 0"г. тем меньше, чем больше коэффициент трения семян о диск. Кроме того больше при нали-

чии корпуса отсекателя.

Таким образом, при работе на повышенных скоростях должно соблюдаться условие .

4. Основными направлениями развития путей и средств повышения точности высева на повышенных скоростях, как показывает изучение механики движения семян и заполнения ячеек, являются:

а) направление повышения точности высева за счет увеличения коэффициента трения семян о диск.

Из формулы (5) видно, что чем больше , тем меньше значение

У~г , т.е. можно несколько увеличить значение скорости диска, чтобы соблюдалось условие •

б) Направление повышения точности высева за счет оптимальных параметров ячеек: увел:гчения диаметра ячейки и уменьшения ее глубины. Из формулы (3) видно, что чем больше а , тем больше может быть . Но, чтобы устранить возможность двойников, при этом необходимо уменьшить глубину ячейки.

в) Направление повышения точности высева за счет выравнивания скорости семян с помощью лопасти ворошилки, вращающейся в сторону вращения диска со скоростью большей скорости диска. Разность между скоростью лопасти и диска 1Ге и есть относительная скорость семян -Ь^-Уе » которую можно сделать меньше критической при любой скорости диска за счет выбора

г) Направление повышения точности высева за счет максимального размещения ячеек на диске (по радиусу, по логарифмической кривой,

2-х рядное и т.д.). В этом случае увеличивается частота подачи ячеек с семенами без увеличения скорости диска.

д) Направление повышения точности высева за счет конструкции аппарата без неподвижных эелементов на пути движения семян по диску. Это следует из анализа движения семян по диску.

е) Направление повышения точности высева за счет ускорения за-падания семян в ячейку (поле центробежных и импульсных сил и т.д.). Из формулы (5) видно, что чем больше ускорение, тем меньше Т/г

ж) Направление повышения точности высева за счет сочетания вышеназванных способов.

5. Необходимыми и достаточными условиями для агротехнически оправданной точности высева при работе на повышенных скоростях являются:

относительная скорость семян ниже критического значения;

тип ячейки - для однозернового забора;

оптимальные параметры ячейки;

достаточный путь, проходимый ячейкой под слоем семян;

выравненность фракции посевного материала.

6. При работе щеточных отсекателей и вообще щеточных рабочих органов сила трения скольжения и коэффициент трения скольжения больше обычных силы трения и коэффициента трения.

Условие движения тела по поверхности гибкого материала (рис. 5):

% , где

Тогда Зспы. > Сечи А?</> </> .

4 Ч*

Изучение механики процесса, выведенные формулы объясняют природу трения гибких материалов и закон возрастания коэффициента трения скольжения. Поэтому щеточные отсекатели обладают наибольшей счищающей способностью.

7. Для четкого разделения семян гнездообразующим устройством необходимо:

а) чтобы лопасть ротора устанавливалась с опережением на расчетную величину, определяемую по выведенной формуле (рис. б). Установочное расстояние лопасти ротора

где

3

60

/ _ J/Vm эта

ib 6с.

Ib 60

V5 ~ ' ~ м€ Г2Я7/ £>Р _ Л. > /

™ V*

б) высота падения (высота лопасти) была больше высоты отскока семян или высота от нижней кромки ячейки до верхнего обреза лопасти была меньше 1/2 минимального размера семян. Только при этих условиях будет четкое разделение семян по заданному числу и не будет перераспределения семян между группами (гнездами).

8. При падении семян на дно борозды, на поверхности рабочих органов направление отскока зависит от взаимного расположения геометрических точек центра тяжести семени и точки контакта с поверхностью соударяемых тел, т.е. от размерных характеристик семян и положения центра тяжести, а величина угла отскока от размерных характеристик семян и геометрической точкой контакта в момент удара.

Скорость отскока направлена в сторону расположения центра тяжести семени относительно точки контакта, а абсолютное его значение равно

Рис. 6. Разделение семян лопастью ротора гнездообразующего устройства

ir.

VJ

О

¿9*и

Для примера тела - эллипсоида - выводится формула угла отражения (рис.7):

ос = ateta, --у— . <7 с

Текущая точка на эллипсе имеет координаты

Касательная к

4гф

эллипс

псу в точке с координатами

Л ^ • у.

Рис.7.Схема отражения семян, имеющих форму эллипсоида 16

а2

ikÜ - / е* 1

Для положительного значения имеем

об "

а*

или

¿¿о о£

откуда

X +

' Для отрицательного значения -уа 4 Хо

У--

х -

об

¿уо^-х/ ]/а*-х/ ' Уравнение нормали в точке с координатами

имеет вид

У'*

уа

*-х„г

аё

#х0 У^Чг/

Радиус-вектор, проходящий через точку с координатами ха> с/о можно

выразить

У_ о'Р

или

У-*

а ха

Тангенс угла между касательной и радиус-вектором

г /

АС2 - постоянные.

где /С, и

При положительном значении

л; =

о X ' Тогда , -~/,Го

-+/{■, /г.

Следовательно,

^ = ~ ,_

/-

<*1/о*-х0*'

+_

ах0

Л - л 1 **£*

Таким образом, угол с</ зависит от точки контакта эллипса в момент удара (точки М) и формы эллипса (его полуосей а и 3 ).

9. При движении сошника щеки его увлекают частицы почвы в направлении движения, поэтому в момент схода почвы обреза сошника

У

р.

г. т Г,

почвенные частицы имеют горизонтальную составляющую скорость.

Передняя часть полозовидного сошнигса тлеет форму прямого плоского клина. Воздействие такого клина на почвенные частицы рассмотрено академиком В.А.Желиговским. Рассмотрим явления, которые протекают в почве под действием рабочего органа.

Пусть сошник в виде клина погружен в почву и движется в ней на постоянной глубине и с постоянной скоростью У . Клин в каждой точке соприкосновения с почвой давит на ее частицы по нормали (рис. 8).

Рассмотрим частицу почвы т на дневной поверхности, которая соприкасается с точкой а. поверхности клина. На частицу в плоскости чертежа действуют силы

А/ = -Ру , где ру - боковое давление сыпучего материала и сила трения Р . Разложим силу Л/ на составляющие /у ¿г и /хгг > действующие по направлению скорости движения клина и по его рабочей поверхности. Обозначим угол мезду направлением скорости клина и нормалью через уз Частица почвы т будет скользить по поверхности под действием силы Р^г или Р*£

Так как угол при вершине клина у сошника мал, угол ^ будет больше утла трения, т.е.

Касательная составляющая Рхг- ~ Рх , а сила трения

? ~ Рг Ьа Ц » здесь - коэффициент трения частицы о клин

- о _______ Й л / . _ _

Рис. 8. Перемещение почвы под действием сошника

При ^ > ^

т.е.

имеем Рх >Р* Частица почвы будет находиться под действием сил бхс^з - &

и А

которые образуют равнодействующую /?

перемещается частица почвы при движении

По направлению Р клина.

Дифференциальное уравнение движения частицы м

имеет вид

т

т а —2. = р

где » ос - угол укладки частиц.

После преобразования выражения получим

Интегрируя последнее уравнение, найдем

у з^ Аг^^-^с,

с "

или

Так как при ^ = О, х= о , = о , постоянная интегрирования С, - о • Тогда

у - 21 у = £±г

После того как частица /п достигнет при перемещении точки а. клина, она будет двигаться вдоль щек сошника. На нее действуют увлекающая в сторону скорости V сила Г, и сила трения соседних частиц почвы: Рг - Ц ¿р (здесь , -угол трения между почвенными частицами), Р, = % • Так как

получим ^

т9ьЭ* ■ у г _ ^,

о( г 2 ¿^ <*■

Уравнения движения частицы по щекам сошника имеет вид (здесь ось X направлена вдоль щек)

После преобразований выражения получим откуда найдем

При Ь = о перемещение вдоль щек сошника У=о . Учитывая, что частица почвы при поступлении на щеку имела скорость вдоль щек

найдем

* V

В момент схода частицы почвьг имеют такую скорость. После схода частицы почвы осыпаются в борозду.

10. В процессе осыпания почвы ее частицы, соприкасающиеся с сошником, имеют начальную горизонтальную скорость и осыпание этих частиц происходит со скоростью, сложенною из скорости падения и горизонтальной начальной скоростью (рис. 9).

г-

■уЧЧ^

ос

<7 Л

^Л^'/ХЧЧУ/ЛЧ^

£

Рис. 9. Осыпание почвы в борозду

Ркс. 10. Фиксация семян в момент падения на дно борозды при самоосыпании почвы

II. Равномерное распределение семян в борозде может быть достигнуто:

а) за счет положения геометрической точки выброса семян относительно дна борозды и обреза щек сошника при самоосыпании почвы (рис. 10)

а 'с

т

•X.

б) за счет положения геометрической точки выброса семян относительно дна борозды и обреза сошника и положения загартача или грикатысащего каточка при использовании последних для заделки семян (рис. II) г-г-г? , , , . , ,

Приведенные расчетные формулы, суть которых состоит в том, чтобы рассчитать в зависимости от начальных условий место падения семян на дно борозды, в эту же точку должны попасть частицы почвы при самооскпанчи, при воздействии загартача или нижняя точка прикатывающего катка в процессе движения сеялки.

Изучение процессов точного высева как единого комплексного процесса позволило согласовать Елияние входных и вкходнкх параметров каждого из них на смежные процессы, наРти способы их направленного изменения или изыскать средства для достижения нормального хода развития рассматриваемого процесса в скоростном режиме.

Так относительная скорость семян - выходной параметр процесса движения семян по диску служит входным параметром процесса запада-ния семян в ячейки диска. Для эападания семян желательно, чтобы

была бы меньше. Но для работы на повышенных скоростях скорость диска увеличивается, оначит растет , растет с уменьшением , и при наличии корпуса отсекателя. Зная все это можно ижскаит пути, чтобы выходной параметр первого процесса имел минимальное значение ¿^ при работе диска в скоростном режиме.

Скорость выброса семян из ячейки входной параметр для процесса разделения семян, последний требует его минимума для уменьшения высоты отскока от дна гнеццообразуючего устройства. Однако скорость диска уменьшить нелььл при переходе на повышенные скорости. Поэтому изыскивается и находятся условия, при которых устраняется перескок семян через лопасть гнездообразующего диска.

Аналогичная взаимосвязь прослеживается в процессах гнездообра-зования, бороздообразования, отражения семян при падении на дно

Г*.

ТГ777 «¡рг // гг7 г. тттг 77 ц

V С, ЪЯп* У гс: л,

У, ш

Рис. II. Фиксирование семян в момент падения на дно борозди

борозды, заделки семян почвой. Экспериментальные исследования были направлены на доказательство основных положений диссертации.

Так была применена уникальная методика скоростной круговой киносъемки, когда кинокамера вращалась синхронно с высевающим диском и все процессы в аппарате фиксировались непрерывно от начало до конца, а не отдельными фрагментами.

Приведенные данные показывают, что относительная скорость семян меньше при большем значении £ (ркс. 12), ив аппарате без корпуса выталкивателя. Скорость семян в банке возрастает по мере удаления от диска.

Эти эксперименты доказывают эффективность снижения 1Гъ за счет Д и снятия неподвижных элементов на пути движения семян.

На примере высева семян кукурузы и хлопчатника показана эффективность второго направления повышения точности высева за счет увеличения диаметра ячейки и уменьшения ее глубины (рис. 13). В дополнение эти опыты объясняют причины различных суждений на влияние скорости диска на точность высева:

Ч-.н/с

0,125 0.250 V,,м/с

Рис» 12. Зависимость относительной ско- влияет большинство, не зависит Лобачевский. Различное истолкование связано с ограниченностью диапазона применения параметров ячеек и некорректностью скорости диска авт0р0в распространять выводы на всю совокупность на основании частных решений. Дело г том, что для группы ячеек, коэффициент заполнения или вксев заданного числа семян в гнездо может образоваться из соотношения пустых и двойников.

рости семян от окружной

%

10

60 «о 10

о >00 ю 60 *0 20 ю

1 |

а* 8мм

¿*7мм

Ь-Зым

1 & -в.5мм

а

Г к

Ь-5пм \i-7~M

| ъ

7 »1 т Л!!,!1 * 7мм

Ь- 7мм

\

(¿= 7,5мм

Шс. 13.

0,125 0,175 0,115 0,215 0,125 0,175 0,225 0,275 0,115 О,>75 0,225 у, м/с а) 6) В)

Зависимость точности высева от скорости диска и параметров ячейки: а - круглой; б - полукруглой; в - продолговатой

С увеличением скорости диска одни параметры ячеек дают опережающий рост пустых ячеек над двойниками (снижение точности высева) (рис. 14), другие - наоборот (повшение точности), третьи -равновесное нараствние - независимость точности высева от скорости.

80 60 ЬО 70 О

Рис. 14. Зависимость точности и равномерности высева от скорости диска.

В связи с этим при обосновании типа, формы и параметров ячеек методологически правильно будет определять качественные пояазате-ли одной ячейки, а по ней - точность высева заданного числа семян нескольких ячеек по формуле:

л

Тр.кой анализ выполнен и показал, что расхождение расчетных и экспериментальных данных составляет менее

Эффективность направления выравнивания скорости за счет ворошилки была вначале доказана Тимофеевым Т.А. на посеве хлопчатника, а затем Середа на посеве кукурузы.

Максимальное размещение ячеек, например, по радиусу и логарифмической спирали было применено для универсального скоростного аппарата для высева семян хлопчатника и кукурузы. На скоростях до 3,5 м/с были получены высокие показатели 95-985? гнезд с заданным числом семян.

Четкость разделения семян при установке лопасти ротора с расчетным опережением и достаточной высотой лопасти также показали справедливость теоретических положений. Достаточной высотой лопасти ротора является 130 мм, а минимальным зазором между диском и лопастью - 2,5 мм.

а * б,5 мм

а м * 7,0мг-

---1

// "^А \

ГГТТТи 5 6 7 6I 5 б 7 в * I п,ш

I_:_I_I_I_1

0.132 0,111 0,270 V, м/с

Опыты по отражению семян сахс.рноП свеклы, кукурузы и хлопчатника подтвердили всесторонний отскок их после удара, т.е. картина отскока имеет всесторонний характер.

Высевающий аппарат с обоснованным'.: параметрами ячеек и гнездо-образующее устройство с его оптимальными параметрами более чем в 2,5 раза покачеству распределения интервалов имеет лучшие показатели при зисеве на липку» ленту, к в 2 раза лучше при высеве в почву по сравнению с кукурузной сеялкой СККК-6 (рис. 15). Экспери-

Рис. 15. Равномерность пунктирного посева кукурузы роторным гнездообразующим устройством

ментальный аппарат испытывался на Средне-Азиатской МИС. Полученные данные показывают, что точность высева скоростного аппарата в 2,5 раза выше производственного. На основании этих данных Средне-Азиатская МИС рекомендовала использовать скоростной высевающий аппарат при создании скоростных сеялок.

О внедрении основных положений и выводов диссертации.

Направление повышения точности высева за счет увеличения коэффициента трения между диском и семенами реализовано на свекловичной сеялке ССТ-12Б, поверхность диска в зоне ячеек выполнена рифленой.

Метод повышения точности высева за счет применения ворошилок использован в кукурузных пневматических сеялках СУПН-8 и СКПП-12.

Метод расчета параметров различных способов посева пропашных культур реализован в технологии пунктирно-гнездового посева сахарной свеклы, которая с 1977 по 1980 гг. внедрена в различных областях Украины и РСФСР на площади более 300 тыс.га..

Положения о повышении качества посева пропашных культур и производительности за счет скорости использованы при разработке ГОСТа 26711-85 "Сеялки тракторные. Общие технические требования", который внедрен в 1987 г.. Соискатель является одним из авторов этого ГОСТа.

Экономическая эффективность от внедренных работ.

Эффективность от внедрения ГОСТ 26711-85 "Сеялки тракторные. Общие технические требования" и технологии пунктирно-гнездового посева сахарной свеклы по официальным данным составила более 5,0 млн.рублей, приходящаяся на долю автора.

вывода

По результатам обобщения теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие основные выводы.

1. Такие технологические параметры различных способов посева как оптимальная густота в шт. на п.м. или шт/га, количество гнезд на га и число семян в гнезде должны рассчитываться нормой высева семян по предложенным формулам с учетом не только полевой всхо -жести семян, но и вероятности гибели растений за вегетацию от болезней, вредителей, сорняков и механических обработок.

2. Рекомендованные параметры пунктирно-гнездового посева сахарной свеклы с постоянным числом высеваемых семян в гнездо 2шт

и регулируемым числом гнезд на длине рядка в зависимости от требуемой густоты насаждения растений с учетом полевой всхожести семян и выживаемости растений обеспечивает в 2 раза выше оптимальных расстояний между растениями и в два раза меньше малых интервалов, требующих прореживание по сравнению с пунктирным посевом.

3. Необходимыми и достаточными условиями для агротехники требуемой точности высева на всех рабочих скоростях являются:

- относительная скорость семян ниже критического значения, обусловливающего западание семян в ячейки диска;

- оптимальные размеры ячеек;

- правильный выбор типа и формы ячеек;

- минимально-допустимый путь, проходимый ячейкой под слоем се -мян;

- рациональное размещение ячеек.

4. Необходимым и достаточным условием западания семян в ячейки диска является наличие относительной скорости семян, ниже критического значения, и зазора между семенем и ячейкой.

5. Установлена зависимость относительной скорости семян от основных факторов. Чем больше скорость диска и чем меньше коэффи -циент трения семян о диск, тем больше относительная скорость.Эта скорость может быть уменьшена за счет устранения неподвижного корпуса отсекателя, а также за счет выравнивания лопастью ворошилки, вращающейся в сторону вращения диска.

6. Тип ячеек оказывает существенное влияние на точность высева, а от формы ячеек она практически не зависит. Для точного высева рекомендуются ячейки одиночного отбора семян и любая форма ячеек с оптимальными для кавдой формы ее параметрами.

7. Изучение механики отражения семян неправильной формы поз -волило вскрыть.механизм отскока семян при ударе, найти причину этого процесса и определить аналитическую зависимость угла отражения от формы и размеров семян.

8. Кинематический анализ различных гнездообразующих механиз -мов показал, что при работе на скоростях 2,5 м/с и более преимущества имеют гнездообразующие механизмы непрерывного действия перед периодическими.

9. Установлено, что для достижения кучности гнезда необходимо, чтобы семена на механизме в момент выброса располагались на од -ной прямой, перпендикулярной направлению движения и на одной высоте; скорость выброса семян была равна скорости сеялки, чтобы был минимальный рассев семян после падения в борозду.

10. Четкое разделение семян смежных гнезд достигается синхронным приводом высевающего аппарата и гнездообразующего механизма , правильной установкой опережения лопасти гнездующего диска, высотой лопасти более 130 мм или расстоянием между диском и верхним обрезом лопасти не более 2,5 мм.

11. При образовании борозды граничные почвенные частицы увлекаются сошником в направлении движения, горизонтальная скорость почвенных частиц убывает по мере удаления от щек сошника. Осыпание почвы происходит с этой горизонтальной скоростью. Ввдимая часть открытой борозды тем больше, чем больше скорость сеялки и глубина хода сошника и чем меньше горизонтальная скорость почвенных частиц.

12. Для улучшения равномерности пунктирного посева необходимо применять активный выброс семян, т.е. различные гнездообразующие устройства.

13. Основными направлениями улучшения точности высева пропашных культур на обычных и повышенных скоростях являются:

- увеличение линейных размеров ячеек диска;

- рациональное размещение ячеек на диске: радиальное, по логарифмической спирали, двухрядное;

- способ выравнивания скорости семян лопастью ворошилки, вращающейся в сторону вращения диска, так, чтобы разность между скоростью лопасти и диска была меньше критической относительной скорости семян;

- увеличение шероховатости поверхности диска;

- применение принципов и конструкций аппарата без неподвижных корпусов отсекателей и выталкивателей;

- использование полей центробежных и импульсных сил;

- использование кольцевых канавок, фасок, наклонных ячеек;

- комбинированное использование этих различных направлений и средств повышения точности высева.

14. Созданный на основе изысканий новый высевающий аппарат для гнездового и пунктирного посева хлопчатника и кукурузы показал, что на скоростях 9-12 км/ч точность высева семян в гнездо составляет 95-98$ и заданный шаг пунктира выдерживается до 96$ на стенде и до 74$ в почве. Эти показатели в 1,5...2,0 раза выше показателей производственных сеялок. Средне-Азиатская МИС рекомевдо-вала по результатам госиспытаний установку этого аппарата на скоростных сеялках.

15. Предложен пунктирно-гнездовой посев сахарной свеклы. Разработана методика расчета основных параметров этого способа, позволяющая определять число букетов, которые нужно высевать, чтобы получить к уборке требуемую густоту насаждения при минимальных затратах труда на формирование.

На основе выполненных разработок по совместным рекомендациям ВНИС, ВИМ и ГСКБ в 1977 и 1980 гг. организовано широкое внедрение этого способа посева на Украине и РСФСР на общей площади более 100 тыс. га.

Обобщение данных ВНИС и хозяйственных опытов показывает, что пунктирно-гнездовой посев с рекомендуемыми параметрами позволяет получить экономическую эффективность с каждого гектара 173 руб..

16. Экономический эффект от внедрения технологии пунктирно -гнездового посева и ГОСТ 26711-85 "Сеялки тракторные. Общие технические требования" составляет 5,0 млн.рублей, приходящийся на долю автора.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. A.c. I36I09 (СССР). Высевающий аппарат для квадратно-гнездовых сеялок. Опубл. в Б.И., 1961, № 4, с. 47...48.

2. К обоснованию параметров высевающего диска .сеялки СТБХ-4 для работы на повышенных скоростях. Механизация хлопководства,

1962, № 2, с. 17...20.

3. Обоснование типа, формы и размеров ячеек высевающих дисков точного высева на повышенных скоростях. Доклады ТСХА, вып. 81 ,

1963, с. 35...43.

4. Приложение теории вероятностей к выбору типа ячеек высевающих дисков. Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства, 1965, № 3, с. 43...44.

5. A.c. 182429 (СССР). ЕЪсевающий аппарат для гнездового и пунктирного посева пропашных культур. Опубл. в Б.И., 1966, № II, с. 107...108, (соавтор).

6. A.c. 190688 (СССР). Еысевающий аппарат для точного высева семян хлопчатника и других культур. Опубл. в Б.И., 1967, № 2, с. 124...125, (соавтор).

7. Сочетание пунктирно-прерывистого посева и прореживания сахарной свеклы. Механизация и электрификация социалистического

сельского хозяйства, 1975 г., № б. с. 9...II, (соавтор).

8. К динамике гнездообразования при точном высеве. Доклады ВАСХНИЛ, 1975 г., № 9, с. 41...43, (соавтор).

9. Машины для посева сельскохозяйственных культур, .'tí., i Машиностроение, 1976 г., 270 е., (соавтор).

10. К аналитическому расчету пунктирного и пунктирно-преры -вистого посева сахарной свеклы. НТВ ВИМ, вып. 36,1978, с.22... ...23, (соавтор).

11. A.C. 638294 (СССР). Еысевающий аппарат. Опубл. в Б.И., 1978 г., № 47, с.4, (соавтор).

12. О природе трения гибких материалов. Сборник научных трудов МИИСПа, 1962 г., с.40...45.

13. A.c. 923398 (СССР). Способ формирования густоты насаждения сахарной свеклы. Опубл.> в Б.И., 1982 г., № 16, с.6,(соавтор).

14. Расчет оптимальной густоты и равномерности размещения растений сахарной свеклы. Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства, 1983 г., № 6, с.53...54.

15. Сухое трение при наличии разрывов и больших упругих деформаций в одном из трущихся тел. Сборник научных трудов ВИМ, №98, 1983 г., с.29...49, (соавтор).

16. Предпосевная обработка семян и посев зерновых культур. Техника в сельском хозяйстве, 1986 г., № 2, с.9...II.

17. Основы расчета щеточных рабочих органов. Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1987 г., № 9, с.31...34, (соавтор).

18. ГОСТ 267Ц-85 "Сеялки тракторные. Общие технические требования" .