автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение качества технологического процесса высева семян крупяных культур мобильной струйной дозирующей системой

«■>

* #

' Панков Андрій Олександрович

УДК 631331 -189.2:633.1

ШДВИШЕННЯ ЯКОСТІ ТЕХНОЛОГІЧНОГО процесу СЮБИ НАСІННЯ КРУП’ЯНИХ КУЛЬТУР МОБІЛЬНОЮ СТРУМИННОЮ ДОЗУЮЧОЮ СИСТЕМОЮ

Спеціальність 05.20.01 - Механізація сільськогосподарського виробництва

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Луганськ - 2000

Панков Андрій Олександрович ^

УДК 631.331 -189.2:633.1

ШДВИШЕННЯ ЯКОСТІ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ СІВБИ НАСІННЯ КРУП’ЯНИХ КУЛЬТУР МОБІЛЬНОЮ СТРУМИННОЮ ДОЗУЮЧОЮ СИСТЕМОЮ

Спеціальність 05.20.01 - Механізація сільськогосподарського виробництва

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Луганськ - 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Луганському державному аграрному університеті (ЛДАУ) Міністерства агропромислового комплексу України

Науковий керівник: кандидат технічних наук Коваль Віктор Якович, доцент кафедри “Сільськогосподарські та меліоративні машини”, Луганський державний аграрний університет.

Офіційні опоненти: _ (

член - кореспондент УААН, доктор технічних наук, професор Кушнарьов Артур Сергійович, завідувач , кафедри теоретичної механіки та теорії машин і

механізмів Таврійської державної агротехнічної академії

кандидат технічних наук Кириченко Володимир Єгорович, доцент кафедри “Експлуатації МТП і ОП”, Луганський державний аграрний університет.

Провідна установа: Кіровоградський державний технічний університет, Міністерство освіти України, м. Кіровоград.

Захист відбудеться “ S 2000 року о & ^Годині на засідань

спеціалізованої вченої ради К 29. 841. 01 Луганського державного аграрною університету за адресою:

91008, м. Луганськ - 8, Луганський державний аграрний університет.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Луганського державног аграрного університету за адресою:

91008, м. Луганськ - 8, Луганський державний аграрний університет.

Автореферат розісланий “ 3 ” /?гатх?го 2000 року.

Вчений сеіфетарспеціалізованої вченої ради, кандидат технічних наук, доцент Коваль В. і

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Акіуальність теми дослідження. Виробництво зерна високої якості, зокрема круп'яних культур, залишається головним завданням сучасного сільського господарства України, як вирішальна умова подальшого економічного і соціального розвитку країни.

Але масштаби виробництва зерна гречки і проса ще не задовольняють існуючі потреби населення через недостатню кількість посівних площ і низький середній рівень врожайності. Це частково обумовлено тям, що рівень механізації посівних робіт не відповідає сучасним вимогам.

У зв’язку з цим пошуки і дослідження нових робочих органів для сівби насіння круп’яних культур мають важливе народногосподарське значення.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводились на основі програми ЛДАУ, за планом науково - дослідних робіт на тему “Теоретичне обгрунтування, експериментальна перевірка, розробка конструкції та випробування машин для розподілення сільськогосподарських матеріалів по площині поля” у 1997 - 1998рр.

Мета і завдання досліджень. Підвищення якості технологічного процесу дозування і розподілення по площі насіння круп’яних культур шляхом удосконалення мобільної струминної дозуючої системи (МСДС). Для реалізації сформульованої мети були поставлені та розв’язані наступні завдання:

1. На основі системного аналізу існуючих пристроїв обгрунтувати принципову схему дозуючої системи для круп’яних культур.

2. Розробити й аналітично дослідити модель технологічного процесу сівби насіння круп’яних культур МСДС.

3. Удосконалити методи досліджень МСДС.

4. Експериментально дослідити операції технологічного процесу сівби й зптимізувати робочі параметри елементів конструкції МСДС.

5. Розробити макетний зразок МСДС і здійснити його польову апробацію.

6. Обгрунтувати економічну ефективність доцільності впровадження зозробленої МСДС, а також намітити шляхи її подальшого удосконалення і можливості використання.

Методи досліджень. Аналіз робочого процесу і параметрів МСДС здійснений іа основі механіки сипучих середовищ. Теоретичні дослідження проведені з використанням методів теоретичної механіки і вищої математики. Рішення щференціальних рівнянь руху насіння в дозаторі виконано на ЕОМ. Експериментальні дослідження виконувались в лабораторних і польових умовах за юпомогою загально прийнятих та приватних методик. При обробці отриманих жспериментальних даних були використані методи математичної статистики. Сонструктивні параметри МСДС, а також режими технологічного процесу дозатора >бгрунтовано методами багатофакгорного експерименту.

Наукова новизна досліджень.

1. На основі системного аналізу існуючих дозуючих систем запропоновано ювий спосіб дозування та розподілу насіння круп’яних культур МСДС.

2. Теоретично виявлено та експериментально підтверджено залежност взаємодії повітряного потоку з дозуєшім насінням, що дозволяють обгрунтовано вибирати конструктивні та технологічні параметри МСДС;

3. Шляхом оптимізації конструктивних і технологічних параметрів МСДС отримані математичні моделі процесу формування вихідного потоку насіння струминним дозатором та розподілу його по площі.

4. Вперше обгрунтована економічна ефективність розробленої МСДС на основі енергетичних еквівалентів втіленої в дозуючій системі енергії.

Практична значимість роботи. Створено конструкцію струминного дозатора, що має невелику матеріало- і енергоємність, відсутність рухливих деталей та місць змащування. Обгрунтовані параметри дозуючої системи, що забезпечують якісне дозування й уздовжрядний розподіл насіння без його ушкодження, простоту регулювання, можливість дистанційного контролю та керування процесом сівби. Розроблені і виготовлені експериментальні зразки МСДС для круп’яних культур, впроваджені у господарствах Луганської області. Результати досліджень використовуються НПО Грунтопосівмаш ЛАН (м. Кіровоград) при розробці перспективних дозуючих систем. ;

Особистий внесок здобувана. На основі системного аналізу існуючи> дозуючих систем запропонована алгоритмічна модель технологічного процесу сівбі круп’яних культур МСДС, теоретично та експериментально досліджені операці дозування та розподілу насіння в ряду. Отримано математичні моделі, щ< характеризують якість процесу сівби МСДС.

Апробація роботи. Результати досліджень доповідалися на науково-технічюс конференціях професорсько - викладацького складу Луганського державной аграрного університету (ЛДАУ, 1996-99рр.), на республіканській науково практичній конференції, присвяченій 100-річчю Національного аграрії оп університету (НАУ, 1998р.).

Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано вісі? наукових статей.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п’ятьо розділів, висновків, списку використаної літератури з 153 найменувань, із ни 14 іноземними мовами. її повний обсяг складає 198 сторінок, включаючи 13 сторінки машинописного тексту, 61 рисунків, 27 таблиць, 9 додатки.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми, дана загальна характеристик роботи, сформульовані основні положення, що виносяться на захист.

В першому розділі приведений огляд робіт Сайка В.Ф.. Єфименка Д~Я Барабаша Г.І., Єлагіна І.Н., Демиденка П.М., Гори В.П., КлІмова М.Г., та ін. її вирощуванню круп’яних культур, робіт Зволінського В.Н., Любушко Н.] Гайдуцького П.І., Масло І.П., та ін., де характеризується, зокрема, сучасний стг виробництва сівалок і механізації сівби, робіт Погорелого Л.В., Міндріна А

з

Адамовича М., Коваля В .Я., Созінова А.А., Новікова Ю.Ф. та ін., по енергетичних аспектах виробництва сільськогосподарської продукції та сільськогосподарського машинобудування, робіт Погорелого JI.B., Коваля В.Я., Бєлодєдова В.А., Бузєнкова Г.М., Хомєнко М.С., Кардашевського С.В., Сисоліна П.В. та ін., в яких розглядаються проблеми роботи посівних машин.

Серед чинників, що різко знижують рівень врожайності круп’яних культур та його стабільність - неякісна сівба. Наявні в господарствах сівалки морально і фізично застаріти, їх невистачає для забезпечення необхідного об’єму посівних робіт. Рівень виробництва сівалок у країні зменшився, зросла їхня ціна, а купівельна спроможність виробника сільськогосподарської продукції знизилася.

У результаті аналізу класифікації мобільних дозуючих систем встановлено, що існує кілька способів сівби круп’яних культур шляхом використання машин, що були створені для сівби інших культур. На основі вибору перспективних елементів дозуючих систем виявлені їхні недоліки, суть яких полягає у недотриманні норми сівби, ушкодженні насіння, нерівномірному розподілі його в ряду, відсутності синхронізації сівби зі швидкістю руху агрегату. Дуже простий процес роботи існуючих конструкцій потребує відносно великого споживання енергії, спрямованої на подолання тертя деталей і материалів, хоча енергії, необхідної для здійснення операцій дозування потрібно значно менше.

Це обумовило необхідність розробки та дослідження нового технологічного процесу сівби насіння круп’яних культур.

У другому розділі, на основі аналізу алгоритмічної моделі існуючого процесу зівби круп’яних культур механічними та пневмомеханічними дозуючими системами розроблена алгоритмічна модель запропонованого процесу сівби МСДС. Перспективна модель являє собою сукупність окремих операцій, спрямованих на досягнення якісного дозування та розподілу насіння по площі при відсутності його юшкодження, МСДС (рис. 1 ).

У перспективній алгоритмічній моделі відсутній жорсткий зв’язок між жремими операціями процесу дозування,’ наявний в існуючому алгоритмі й Зумовлений присутністю складної кінематичної схеми традиційного приводу іозуточого елемента. Це дас можливість підвищити рівномірність сівби.

Об’єктом аналітичних досліджень є технологічний процес дозування насіння ггруминним дозатором, часові режими його функціонування, взаємозв’язок їх з інструктивними та технологічними параметрами, що визначають якість роботи ЛСДС.

Умова нормальної роботи струминного дозатора і частота дозування:

ЕТоп<Тц, % = 1/Тц, (І)

;е ХТ0п - сума проміжків часу, витраченого на всі операції, с;

Тц - час повного циклу, с;

13 - сопло живлення; 14 -

Рис. 1. Схема МСДС для круп’яних 1 культур.

1 - бункер; 2 - отвор витіканш матеріалу з бункера; 3 - дозатор; 4 камера стабілізації; 5 - камер; постійного об’єму; 6 - кільцевиі канал; 7 - вихідний канал; 8 - сопл; коротких імпульсів; 9 - сопла довга імпульсів; 10, 11 ~ вихідні каналі струминного элементу; 12 бістабільний струминний элемент; джерело тиску; 15, 16 - сопла управління; 17

3/4Тц1

ШТц

підсилювач пневматичних імпульсів; 18 - блок управління; 19 - генерато] пневматичних імпульсів; 20 - формувач імпульсів постійної тривалості; 21 регулювальна заслінка вивантажувального вікна.

Хід та чергування операцій процесу відбиває часова діаграма (рис.2).

^ Рис.2. Часова діаграма

технологичного процесу дозування МСДС.

1[ - час повного циклу; і2 - че роботи сопла коротких імпульсів; ^ час проміжку між коротким імпульсами; и - час переключені: струминного елементу; Ц - ч: роботи сопла довгих імпульсі

- час руху порції насіння до виход ї7 - час відокремлення мікропорі насіння; - час повернення залиші порції в камеру стабілізації; 19 - ч; руху уверх порції насіння камері стабілізації; 110 - час руху униз порції насіннх в камері стабілізації та часткове заповнення камери постійно! об’єму; І! [-час подальшого заповнення камери постійного об’єму; іІ2 - час основної заповнення камери стабілізації; %-час ворушення насіння в області отвору витікані бункера; -час, необхідний для нормального заповнення камери постійного об’о на високих частотах дозування.

Теоретичні дослідження роботи елементів МСДС (бункера, дозатор робилися на основі моделі зв'язного сипучого середовища, відповідно до якої си опору сипучого тіла зрушенню з урахуванням зчеплення часток, приймається законом Амонтона - Кулона;

т^Кз^+іо-Рз, (:

де N3 - сила, що зрушує, Н;

ґ- коефіцієнт внутрішнього тертя сипучого тіла;

ШТи

to - початковий опір зрушенню (зчеплення часток), Па;

F3 - площа, по якій відбувається зрушення, м2.

Прийнята модель сипучого середовища враховує специфіку роботи бункера МСДС (бічне розташування отвору витікання, відсутність активних зводоруйнуючих пристроїв). У процесі дослідження бункера визначалися наступні параметри: Критичний (мінімальний) радіус отвору витікання:

В-к^о-УЧ + зіпс?), (3)

де у - об’ємна вага матеріалу, Н/м3;

Ф - кут внутрішнього тертя насіння, град.

За значенням критичного радіуса, з урахуванням коефіцієнта надійності витікання, визначалася площа отвору витікання бункера МСДС -а- 6І2'](Гбм2. Теоретична швидкість витікання матеріалу' з бункера:

Vx =ХТ - sina-^2g-an - у-' , (4)

де /,т - теоретичній коефіцієнт витікання; a - кут нахилу стінки бункера, град; g - прискорення вільного падіння, м/с2; oft- повний тиск матеріалу" на площу отвору, Па.

Теоретична продуктивність бункера:

QT = Vt -ум •©, (5)

je ум - об'ємна маса матеріалу', кг/м3.

Для гречки QT = 0s03lKr/c, проса - Qr = 0,056кг/с. При цьому стабільно іодається маса насіння, достатня для забезпечення необхідного діапазону норм ;івби.

Рух насіння у камері стабілізації (рис.З) відбувається під дією статичного тиску шевмоімпульса і характеризується амплітудою вертикальних переміщень Ав порції іасіння й часом руху порції насіпня уверх та униз.

Диференціальне рівняння руху матеріалу7 з камері стабілізації має вигляд:

тс x" = -G -FjTO -FTP -Т, (6)

¡є roc - маса порції насіння у камері стабілізації, кг; х - розмір переміщення порції, м;

G - сила тяжіння порції, Н;

Рл.о. - сила лобового опору, Н;

Ftp. - сумарна сила тертя, Н;

Т - сила опору зрушенню, Н.

Рис.З. Схема сил, діючих на порцію насіння в камері стабілизації. І - при переміщенні уверх; 11 - при переміщенні униз.

Підставляючи в (6) значення поданих сил, одержимо формулу для визначенн.

де кд - коефіцієнт динамічності, що враховує частоту дозування;

z - коефіцієнт, що враховує зависання матеріалу при контакті по плог “стінка дозатора - матеріал”;

Re - гідравлічний радіус камери стабілізації, м;

z¡ - коефіцієнт, що враховує зависання матеріалу при контакті по площі “матеріал у камері стабілізації - матеріал у бункері”.

Vo - початкова швидкість порції насіння, м/с.

Початкова швидкість порції' насіння обиралася виходячи з ударної сил створеної статичним тиском короткого пневмоімпульса. Виявлено, що достати статичний тиск є Рсг= 200 - 250 Па, з тривалістю пневмоімпульса х = 0,023 - 0,025 При цьому початкова швидкість насіння гречки - Vo = 0,31 м/с, проса - Vo = 0,27м/ Значення амплітуди Ав у залежності від частоти дозування подані на рис.4 визначають область частот дозування Z& є [8;18]Гц. '

При оптимальних значеннях Ав = 0,002...0,003м і знайдених значеннях част дозування шар насіння у камері стабілізації знаходиться у псевдорідинному стані, і підвищує якість та надійність процесу дозування.

Ав:

(7)

bj -0,5 -Сх - So -рп -Шс г

(В)

де Сх~ коефіцієнт лобового опору;

So - площа міделевого перетину камери стабілізації, м2;

рп - щільність повітря, кг/м3.

a, =.-g-f-03-inc -[З-кд -z*Rc -у +|(кд -z¡ Rc -у -¡-т0)-(сгп -Г+То)]], (9;

Рис.4. Залежність амплітуди вертикальних коливань порції насіння в камері стабілізації від частоти дозування.

1 - для насіння проса; 2 - для насіння гречки.

Час Ь) руху порції насіння уверх:

Ц = Ав/Удср , (іО)

де У9Ср - середня швидкість руху порції насіння уверх, м/с.

Для насіння гречки ^ = 0,016с, проса - 1$ - 0,017с при максимальній частоті дозування. Час руху порції насіння униз визначається аналогічно, і для насіння гречки та проса ію= 0,008с, що не перевищує значень, припустимих по діаграмі.

Переміщення порції постійного об'єму до виходу (рис.5) відбувається по траєкторії, яка апроксимуєгься наступною залежністю:

р = А -ьВ-ф, (11)

де р - радіус кривизни траєкторії, м;

А, В - аналітичні коефіцієнти;

Ф - кут повороту, град;

Швидкість руху У* насіння визначається диференціальним рівнянням:

Уб = -У6 - (к, • А + к, -В-ф+ ![)- — -(к2 -ґ, -со8ф + к3 -ф х ‘ уб ХС08ф+к2 -8ІПф + кз -ф-БІНф), (12)

де к}-0,5-Сх-Soi *Рп'mn >

де Soi - площа міделевого перетину вихідного каналу, м2;

Gl г® F*f

Рис.5. Схема сил, що діють на порцію насіння в процесі її руху.

Ші( - маса порції насіння у камері постійного об’єму, кг;

fi - коефіцієнт зовнішнього тертя насіння;

k2=g-A; k3=g-B. (14)

Рівняння (12) вирішено на ЕОМ методом Рунге - Кутта 4-го порядку Початкова швидкість V02 порції насіння визначалася, виходячи із значень повног< тиску в каналі коротких імпульсів. Встановлено, що достатнім є повний тисі пневмоімпульса Pj = 4500...5000 Па з його тривалістю t = 0,023...0,025с. При цьом; для гречки Vo2 - 7,57м/с, проса - V02 - 6,50м/с.

Залежність швидкості руху насіння V5 від кута повороту <р подана на рис.7.

Час ig, протягом якого насіння знаходиться у вихідному каналі:

*6 -^кАбСР > (^)

де Lr - довжина вихідного каналу, м;

Убс? * середня швидкість руху порції насіння, м/с.

При LK~ 0,06 м для насіння гречки i<s- 10,5 ' Ш‘3с5 ддя насіння проса t^'

11,5 ’ 10'3с.

Швидкість і час повернення залишку порції насіння у камеру стабілізац (рис.5) визначатися аналогічно. Склавши диференціальні рівняння руху насіння формі Ейлера і розв’язавши їх, одержимо формулу для визначення швидкості \ насіння в залежності від кута повороту (pi у зворотньо - кільцевому каналі:

V8=Ve_2k4<Pl І + С, (16]

де І =ч2-к5 •е2к4<Рі -((fj -зіпфі -со5ф;)-(2-к4)-1-((^ -совфі +sin9j)-(2x

хк4) 2-(-fj-siiKp,+cosç1)-(2-k4) 3-(-fj-совф, -siiKpj)x

x(2.k4)-4)))/(2.k4)-4+l. (17)

де к4-0,5-Сх -80І-рп-£Пз‘-К-і + к5-§'К{, (18)

де тз - маса залишку порції насіння, кг;

К і - радіус зворотньо - кільцевого каналу, м;

С - постійна інтегрування.

Час повернення залишку порції постійного в камеру стабілізації:

= 1-эс Л^ср , (19)

де Ьзк - довжина зворотньо - кільцевого каналу, м;

У8ср - середня швидкість руху насіння у камері стабілізації, м/с.

Приймаючи Ь3к » 0,05 м, отримаємо для насіння гречки 1$ = 0,0112с, проса - їв = 0,0116с.

Час руху насіння до виходу та у зворотньо - кільцевому канапі задовольняє умовам часової діаграми й працездатності запропонованого дозатора.

Формування мікропорції насіння, що надходить у матеріалопровід, відбувається в результаті поділу’ порції насіння шп в т.в (рис.6).

Маса мікропорції ш,щі визначається по формулі:

шмп =7м ‘(Уг*^оі +hB)-cûp-sin0, (20)

де Va - об'єм матеріалу в камері постійного об'єму, м3;

Soi - площа поперечного перетину вихідного каналу, м2; h - висота розвантажувального вікна, м; юр - площа розвантажувального вікна, м2;

0 - к>т між регулювальною пластиною і дотичної до контуру в T.F, град. На величину мікропорції визначаючий вплив виявляє площа

розвантажувального вікна аур, що дає змогу її зміною регулювати норму сівби.

Час відділення мікропорції насіння у матеріалопровід:

*7=^6К. (20

де Ь - шлях, пройдений порцією постійного об'єму, м;

\гбк - швидкість порції насіння, м/с.

Приймаючи для насіння гречки о>р = 23,8 • 10"! м2; для насіння проса юр = 8,5 • 10'5 м2; «5-7°, одержимо час відділення і масу мікропорції в

залежності від частоти дозування. При максимальній частоті ід = І&Гц для насіння гречки І! - 0,008с; п^ш = 0,59 ' 10'3 кг, проса - = 0,007с; т^п = 0,19 * 10'3 кг, що забезпечує широкий діапазон норм сівби при відповідності параметрам часової діаграми.

В результаті теоретичних досліджень встановлені значення оптимальних технологічних параметрів процесу дозування, виходячи із необхідного діапазону норм сівби та фізико - механічних властивостей насіння: тиск пневмоімпульсів Р = 4500...5000Па, тривалість пневмоімпульсів т = 0,023...0,025с, частота дозування Г = 8...18Гц. Показано, що часові характеристики протікання операцій процесу задовольняють умовам часової діаграми.

У третьому розділі викладені програма і методика експериментальних досліджень, обробки даних, описані об’єкти досліджень та експериментальні установки.

Програмою експериментальних досліджень передбачалося:

- визначити відсутні й уточнити існуючі фізико - механічні властивості посівного матеріалу, що впливають на конструктивні параметри елементів МСДС та хід технологічного процесу дозування;

- установити й оптимизувати конструктивні і технологічні параметри МСДС, що визначають якісні показники дозування насіння та розподілу' його по площі;

- визначити значення тиску у контурі і каналах струминного дозатора, а також дослідити взаємодію повітряного струміню з матеріалом, що дозується, для підтвердження результатів теоретичних досліджень;

- дослідити чинники, що впливають на кількісні характеристики формуванні вихідного потоку насіння струминним дозатором;

- провести апробацію експериментальної МСДС у польових умовах.

Вихідний посівний матеріал для проведення досліджень - насіння гречки сорт;

“Сумчанка” й насіння проса “Міроновське 51”.

Показники сипучості посівного матеріал)" початковий опір зрушенню тс коефіцієнти внутрішнього f і зовнішнього $ тертя, висота вільно стоячо вертикальної стінки насіння Ьо визначалися по відомих методиках за допомого» трибометра.

При якісній оцінці формування вихідного потоку насіння струминнш дозатором визначені чинники, що впливають на технологічний процес. До ш відносяться тиск Р, тривалість т пневмоімпудьса, висота її вивантажувального вікнг

Для одержання оптимального впливу всіх чинників використовувався трьохрівпевий план 2-го порядку Бокса-Бенкіна. При досліджуванні розподілу насіння уздовж ряду в лабораторних умовах був реалізований трьохрівпевий план 2-го порядку Коно-2 (Ко;) для двох чинників - довжини Ь і кута нахилу а сім'япроводу.

За допомогою спеціального експериментального устаткування визначалися значення повного і статичного тиску пневмоімпульсів у контурі і каналах струминного дозатора, в залежності від тиску живлення бістабільного струминного елемента. У процесі макрофотозйомзш цифровим фотоапаратом у сполученні з ПЕОМ досліджувалася взаємодія повітряного струменя з матеріалом, що дозується. При цьому визначалися дійсні швидкості насіння у різних секторах контуру дозатора, а також амплітуда вертикальних коливань порції матеріалу в камері стабілізації.

При дослідженні впливу частоти £ тиску Р, тривалості х пневмоімпульсів, кутів подовжнього ап і поперечного Рп нахилу дозатора, висоти шару матеріалу Нм на зміну норми сівби насіння здійснювалася серія однофакгорних експериментів.

У ході польової апробації визначалися нерівномірність і нестійкість дозування насіння, відхилення фактичної норми сівби від заданої, відповідно до ОСТ 70.5.1-82. Розподіл насіння у ряду оцінювався після появи сходів, відповідно існуючим методикам.

У четвертому розділі подані результати експериментальних досліджень.

Отримано наступні значення фізнко-механічних властивостей насіння, що впливають на їхню сипучість: для гречки - т0 = 18Па; 0,601; ІГ, = 0,42; Ьо » 8,4 ■ 10'3

м, для проса то= 11 Па; Г = 0,42; (і = 0,32; Ьо « 3,7 ’ 10'3 м.

У результаті реалізації матриць факторного експерименту по вивченню функції від,гуку (коефіцієнта варіації формування вихідного потоку насіння) - V = Г(?, і, Ь)

отримано рівняння регресії. При дозуванні гречки:

Уг =21,80096 - 0,00232Р - 382,16т - 3890,24Ь - 0,0 ІРт - 0,01РЬ -

~280000тЬ + 0,00000023Р2 +35210т2 +1143360Ь2, (22)

При дозуванні проса:

Уп =109,2475 - 0,00602Р - 6014,205т - 5645,06Ь + 0,04Рт + 0,25РЬ +

+142500тЬ + 0,00000029Р2 + 99792,5т2 + 74170Ь2. (23)

Функція відгуку, що характеризує коефіцієнт варіації уздовжрядного розподілу насіння ¡і = Ь, а), описується наступним вираженням:

ц=119,051 - 93,5551,-1,3075а+0,15Ідх+40,755Ь2 +0,009а2. (24)

При дослідженні даних моделей шляхом канонічного перетворення та побудови двовимірних перетинів поверхні відгуку, встановлено оптимальні значення

чинників. Для насіння гречки: Р = 4750..,6400Па, т = 0,022...0,026с,h = 0,0042...0,0054 м, при цьому V = 0,94...1,08%. Для насіння проса Р = 4500...6200Па, х =

0,02і...0,026с, h = 0,003...0,0077 м, при цьому V = 1,01... 1,4%. Отримані значення чинників відповідають необхідної по агротехнічних вимогах рівномірності формування вихідного потоку (V = ±3%). Оптимальна рівномірність розподілу насіння у ряду досягається при L = 0,75... 1,4 м, а = 39...880, що відповідає коефіцієнту варіації u = 30,1%.

Значення тиску у робочому контурі і каналах струминного дозатора характеризуються наступними емпіричними залежностями:

РКІ * 0,62Рж, Рд, « 0,ЗРж, Рст « 0,032Рж, (25)

де Ри - тиск повітря у соплі коротких імпульсів при наявності насіння у камері постійного об’єму, Па;

Рж - тиск живлення бістабільного струминного елемента, Па;

РД! - повний тиск у соплі довгих імпульсів, Па;

Рст - статичний тиск в камері постійного об'єму, Па.

Це дозволяє обгрунтовано вибирати джерело надлишкового тиску і параметри струминних елементів.

Результати обробки даних, отримані за допомогою макрофотозйомки, підтвердили теоретичні розрахунки по визначенню швидкостей переміщення насіння у дозаторі (рис.7) із розбіжністю 9%. Визначене експериментально значення амплітуди вертикальних коливань насіння у камері стабілізації Ав = 0,003 м, що відрізняється від теоретичного на 10%.

1- насінин гречки при Ри=5ШПа;

"ЧІ2= 7,57м/с;

2-насіннапроса при Ри-50000а;

1fc= 6,50м/с;

3- насіння гречки при Рм=4090Па;

\із= 6,00м/с;

4- тешш проса при Рж, = 4000Па;

5,14 м/с;

теоретичні значення

а------а-------а.

експериментальні значення

Рис.7.3міна швидкості руху насіння у вихідному канаті в залежності від кута

повороту.

Результати експериментів по визначенню зміни норми сівби подані на рис.8.

1 Г~

1 и/^-

2 Г

! і, 1 /А

20 21 гг 23 24 г.1(Г3,с

б)

а*

[і-

а*

2

! Г “

Я) 60

70 80

г)

90^а.„,^р

Рис.8. Графіки, що характеризують зміну норми сівби насіння у залежності від: а) тиску короткого пневмоімпульса; б) тривалості пкевмоімпульса; в) частоти гпісвмоім пульсів; г) кутів нахилу дозатора у поперечній та подовжній

площшах.

1 - для насіння гречки; 2 - для насіння проса.

Без порушення стабільності технологічного процесу норму сівби можна регулювати:

- зміною тиску короткого пневмоімпульса, у середньому на 18%;

- зміною тривалості пневмоімпульса, у середньому на 12%;

- зміною частоти пневмоішхульсів, у середньому на 45%.

Аналізуючи графічні залежності відзначаємо, що припустиме відхилення норми сівби ±3% дотримується при значеннях кутів поперечного і подовжнього нахилу дозатора в межах 10... 15° від його нормального кута нахилу В0... 90° до горизонталі.

Зміна норми сівби насіння практично не залежить від ступеня заповнення бункера посівним матеріалом. Лише при малій висоті шару (Нм » 0,05 м) спостерігається незначне зниження маси порції насіння, що дозується.

На підставі теоретичних та експериментальних досліджень процесу сівби розроблено макетний зразок МСДС у вигляді пристосування до просапного

культиватора КРН - 4,2, або КРН - 5,6 (рис.9).

Рис.9. Струминна дозуюча система для сівби насіння круп’яних культур у вигляді пристосування до просапного культиватора.

1 - рама культиватора; 2 - дозатор; З

- бункер; 4 - приводна станція з джерелом тиску; 5 - гідромотор; 6 - клинопасова передача; 7 - блок управління; 8 - привод блока управління; 9 - сошник; 10 -сім’япровід; 11 - клапан регулювання тиску; 12- пневмопроводи; 13 - манометр; 14 - пневмопроводи повітряного потоку каліброваної амплітуди; 15 -

пневмопроводи постійного повітряного потоку. _

Польова апробація макетного зразка підтвердила слушність прийнятих рішень. Отримані дані відповідають агротехнічним вимогам щодо посіву та посівних машин (відхилення норми, нерівномірність і нестійкість дозування не перевищують 3%) Відхилення норми при сівбі гречки 2%, проса - 2,44%. Нестійкість дозування для гречки 2,64%, проса - 2,52%. Нерівномірність дозування між дозаторами: для гречки 1,27%, проса - 1,52%. Подовжнє розміщення сходів характеризується

коефіцієнтом варіації для гречки ¡і = 48,11%, проса - р. - ->7,27%.^

Досліджувана струминна система дозволяє поліпшити якість уздовжрядного розподілу сходів у порівнянні з дозуючими системами, де застосовуються котушковз (р.« 90... 120%), вкутрішньореберчасті (ц « 75... 100%), фрикційні (ц » 68%) та тші

висівні апарати. . .. , ■ \лппг

У п’ятому розділі представлено розрахунки економічної ефективності МСДС

й запропоновано перспективи її застосування.

Економічна ефективність МСДС у вигляді пристосування до культиваторе КРН-5 6Б приведена в порівнянні з сівалкою ССТ-12В, обладнаною пристроями СТЯ-27000 для сівби гречки та СТЯ-23000 для проса. Встановлено, що застосували* розробленої МСДС дозволяє підвищити біоенергетичний коефіцієнт корисної да виробництва круп’яних культур за рахунок приросту врожайності 1,5 - 2ц/'га зерні гречки або 2,1 - 2,8ц/га зерна проса та економії витрат втіленої енергії у галькост 103,2 МДж/'га, що відповідає, наприклад енергетичному еквіваленту 3,56 л бензину.

Показано, що перспективним є використання МСДС у вигляд пристосування до блочно - модульних, комбінованих машин, а також як друго ступені на сівалках з двоступінчастою пневматичною централізованою системок дозування. Отримані залежності можуть бути використані при розробц перспективних МСДС для сівби зернобобових культур і трав.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. У процесі вишукування шляхів підвищення якості технологічного процесу сівби важливим є комплексний підхід, з одночасним удосконаленням усіх елементів дозуючої системи й урахуванням структурних і функціональних зв’язків між ними.

2. Перспективним є застосування в дозуючих системах елементів пневмоавтоматики, що дозволяють безпосередньо дозувати насіння й активно управляти процесом сівби.

3. Стабільність процесу сівби забезпечується прийняттям моделі сипучого середовища з урахуванням фізико - механічних властивостей посівного матеріалу, зокрема зчеплення часток, та визначенням технологічних і конструктивних параметрів МСДС узгоджено з часовими параметрами процесу дозування.

4. При теоретичних дослідженнях процесу дозування встановлено, що дозуємий матеріал, поступаючий з бункера у дозатор, доцільно підтримувати у псевдорідинному стані й подавати його порціями до розвантажувального вікна з допомогою пневмоімпульсів тиском Pi = 4500...5000 Па, тривалістю т » 0,023...0,025с

і частотою ід - 8..,18Гц. На основі теоретичних досліджень розроблена нова схема МСДС для сівби насіння круп’яних культур.

5. Удосконалено методики дослідження взаємодії повітряних потоків з дозуємим насінням що дозволяє обгрунтовано вибирати джерело надлишкового тиску і параметри струминних елементів.

6. Методами факторного експерименту отримано оптимальні значення чинників, що впливають на рівномірність дозування й розподілу насіння в борозді: тиск пневмоімпуяьсу Р = 4750...6400Па, його тривалість т = 0,022...0,026с, висота розвантажувального вікна h = 0,0Û42...0,G054 м для гречки, Р = 4500...6200Па, х = 0,021...0,026с, h = 0.003...0.0077 м для проса, довжина сім'япроводу L = 0,75...і,4 м, кута нахилу сім'япровода а = 39...880.

7. Експериментальні дослідження технологічного процесу сівби насіння круп'яних культур підтвердили аналітичні передумови, з розбіжністю значень у середньому 12%.

8. Польова апробація МСДС показала висок)' якість розподілу рослин у ряду й відповідність роботи системи агротехнічним вимогам до сівачки рядової сівби.

9. Запропоновано шляхи подальшого удосконалювання і перспективи застосування МСДС.

10. Економічний ефект від застосування МСДС виявляється за рахунок приросту врожаю у кількості 1,5 - 2ц/га зерна гречки або 2,1 - 2,8ц/га зерна проса при зниженні витрат втіленої в МСДС енергії у розрахунку іОЗ,2МДж на 1га виконаної роботи.

Основні положення дисертації викладені в наступній роботах.

І. Коваль В.Я., Панков А.А. Определение параметров процесса истечения материалов в бункерах струйных дозирующих систем // Придніпровський науковий зісник. - Дніпропетровськ: Вид - во “Наука і освіта”, 1997 - №35(46). - С.5 -14.

2. Коваль В.Я., Панков А.А. К вопросу исследования процесса истеченш семенного материала в струйных дозирующих системах // Вестник Восточноукраинского Государственного университета. - Луганск: Изд - во ВУГУ. 1997.-С.17-23.

3. Коваль В.Я., Панков A.A.. Скотаренко В.В. Оптимизация параметроЕ струйного дозатора для крупяных культур // Збірник наукові« праць Луганського сільськогосподарського інституту. 4.1. - Видавництво ЛСГІ, Луганськ. - 1998. - С.ЗС -33.

4. Коваль В.Я., Панков А.А. Обоснование применения струйных дозаторов в системе точного земледелия // Науковий вісник Національного аграрного університету. - Вип.9. - 1998. - С.95 -100.

5. Коваль В.Я., Панков А.А., Шкурупий Л.А. Исследование процесса вдольрядного распределения семян крупяных культур // Збірник наукових праць Луганського державного аграрного університету. - Луганськ, №4(10). - 1999. - С.28 -32.

6. Панков А.А. Алгоритмическая модель процесса высева семян крупяных культур струйными дозирующими системами // Збірник наукових праць Луганського державного аграрного університету. - Луганськ, №4(10). - 1999. - С.ЗЗ - 36.

7. Коваль В.Я., Панков А.А., Скотаренко В.В. Теоретические предпосылки совершенствования конструктивных параметров струйного дозатора Н Збірник наукових праць Луганського державного аграрного університету. - Луганськ. №4(10).- 1999.-С.57-61.

8. Скотаренко В.В., Коваль В .Я., Панков А.А. Теоретическое обоснован:« процесса отделения микропорции биоматериала в дозаторе струйного типа /, Збірник наукових праць Луганського державного аграрного університету. - Луганськ №4(10). - 1999. - С.53 - 56.

АНОТАЦІЯ

Панков А.А. Підвищення якості технологічного процесу сівби насінні круп'яних культур мобільною струминною дозуючою системою. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук з; спеціальністю 05.20.01 - механізація сільськогосподарського виробництва. Луганський державний аграрний університет, Луганськ, 2000.

Захищається 8 опублікованих робіт, що містять теоретичні т, експериментальні дослідження технологічного процесу дозування й уздовжрядноп розподілу насіння гречки та проса мобільною струминною дозуючою системо» (МСДС).

В результаті системного аналізу існуючих посівних систем, використовуванії для круп'яних культур, виявлені їхні недоліки - нерівномірність сівби, недотриманн норми сівби, ушкодження насіння, відсутність синхронізації дозування зі швидкісті переміщення. На основі синтезу перспективних елементів даних систеї запропонований технологічний процес сівби і конструкція МСДС у вигля; пристосування до просапного культиватора. Теоретично отримані

експериментально підтверджені залежності, що дозволяють оптимізувати технологічні і конструктивні параметри запропонованої МСДС. Результати роботи впроваджені у виробництво, обгрунтована економічна ефективність застосування МСДС, намічені шляхи її подальшого удосконалювання.

Ключові слова: мобільна струминна дозуюча система, технологічний процес сівби, операція, круп'яні культури.

АННОТАЦИЯ

Панков А.А. Повышение качества технологического процесса высева семян крупяных культур мобильной струйной дозирующей системой. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства. -Луганский государственный аграрный университет, Луганск, 2000.

Защищается 8 печатных работ, которые содержат теоретические и экспериментальные исследования технологического процесса дозирования и вдольрядного распределения семян гречихи и проса мобильной струйной дозирующей системой (МСДС).

В результате системного анализа существующих высевающих систем, используемых для крупяных культур, выявлены их недостатки - неравномерность высева, несоблюдение нормы высева, повреждение семян, отсутствие синхронизации дозирования со скоростью перемещения. На основе синтеза перспективных элементов данных систем предложен технологический процесс дозирования и конструкция МСДС в виде приспособления к пропашному культиватору. Теоретически получены и экспериментально подтверждены зависимости, позволяющие оптимизировать технологические и конструктивные ¡параметры предлагаемой МСДС. Результаты работы внедрены в производство, обоснована экономическая эффективность применения МСДС, намечены пути es здльнейшего совершенствования.

Ключевые слова: мобильная струйная дозирующая система, технологический троцесс высева, операция, крупяные культуры.

SUMMARY

Pankov А.А. Perfection of technological sowing process seeds of grain cultures of treaming dosing system. - Manuscript.

Dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering cience on a speciality 05.20.01 - mechanization of agricultural manufacture. - Lugansk tate agrarian university, Lugansk, 2000.

8 printed works are protected which contain theoretical and experimental researches f technological sowing process and along row distribution seeds of buckwheat and millet f mobile streaming dosing system (MSDS).

As a result of the system analysis existing sowing systems used for grain cultures their lacks - non - uniformity of sowing, non - observance of sowing norm, damage 01 seeds, absence of synchronization dosing with speed of moving - are revealed. On the basis of perspective elements of the given systems the technological process of dosing and design MSDS as the adaptation to row tiller is offered. Theoretically are received and experimentally dependences allowing to optimize technological and design data offered MSDS are confirmed. The results of work are introduced into manufacture, the economic efficiency of application MSDS is reasonable, the ways of its further p6rfection are planned.

Key words: mobile streaming dosing system, technological process of sowing, operations grain culture.

Підписано до друку 27.01.2000 р.

Формат 60x84 1/16 Об’єм у фіз. д. а. - 1,0 Зам. № Тираж -100

м. Луганськ. Друк, цех ЛДАУ