автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование распределительной системы зерновой пневматической сеялки с централизованным дозированием семян

На правах рукописи

ШАРАФУТДИНОВ Азат Вилевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЗЕРНОВОЙ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СЕЯЛКИ С ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫМ ДОЗИРОВАНИЕМ СЕМЯН

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

? 6 июн 2011

Уфа-2011

4850095

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Башкирский государственный аграрный университет» (ФГОУ ВПО Башкирский ГАУ)

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Мударисов Салават Гумерович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

заслуженный работник высшей школы РФ Рахимов Раис Саитгалеевич

кандидат технических наук Вахитов Наиль Усманович

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет»

Защита состоится 27 июня 2011 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.003.04 при ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет» по адресу: 450001, г. Уфа, ул. 50 лет Октября, 34, ауд. 259/3

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет»

Автореферат разослан «26» мая 2011 г. и размещен на сайте в ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет» www.bsau.ru «25» мая 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Увеличение объема валовой продукции в сельском хозяйстве возможно главным образом за счет интенсивных факторов развития, внедрения новейших достижений науки, техники и передовой практики. Поэтому всегда стоит задача повышения эффективности машин и орудий, в том числе зерновых сеялок, занимающих важное место в системах машин для механизации сельскохозяйственных работ.

Эффективность работы зерновых сеялок во многом определяется качеством распределения семенного материала, обеспечиваемого высевающей системой. Среди существующих высевающих систем сеялок наибольшее внимание заслуживают системы пневматического транспортирования с централизованным дозированием семян, позволяющие внедрять ресурсо-, энергосберегающие технологии в сельском хозяйстве. Однако пневматические системы с распределителями вертикального типа или индивидуального дозирования, сравнительно энергоемки, имеют увеличенные габариты и не всегда обеспечивают хорошее качество высева семян с разными физико-механическими свойствами.

Наиболее перспективными являются одноступенчатые пневматические системы группового дозирования семян с распределителями горизонтального типа, обладающие меньшей энергоемкостью и материалоемкостью системы. Однако и они не всегда обеспечивают требуемое качество по равномерности распределения семян по семяпроводам.

Совершенствование распределительных систем невозможно без раскрытия теоретических основ взаимодействия воздушного потока с семенами с учетом их физико-механических свойств. Для этого необходимо разработать модель процесса перемещения семян воздушным потоком, обеспечивающую возможность обоснования технологии движения воздушно-зерновой смеси и конструктивных параметров распределительной системы. В связи с этим повышение качества распределения семян по семяпроводам, путем обоснования конструктивных и технологических параметров распределительного устройства пневматической зерновой сеялки на основе моделирования движения воздушно-зерновой смеси в распределительном устройстве горизонтального типа, является актуальной.

Цель работы. Повышение качества распределения семян путем совершенствования распределительной системы зерновой пневматической сеялки.

Объект исследования. Технологический процесс распределения семян воздушным потоком в распределительной системе зерновой сеялки.

Предмет исследования. Закономерности технологии движения воздушно-зерновой смеси и влияния конструктивно-технологических параметров распределительного устройства на качество распределения семян.

Методика исследований. В теоретических исследованиях использованы методы механики двухфазных сред «газ - твердые частицы» и методы классической гидродинамики. Экспериментальные исследования в лабораторных и

производственных условиях выполнены с использованием стандартных и частных методик с применением методов планирования эксперимента. Экспериментальные данные обработаны методами математической статистики на ЭВМ.

Научная новизна.

1. Обоснована возможность математического описания процесса движения воздушно-зерновой смеси в распределительной системе зерновых пневматических сеялок на основе уравнений динамики двухфазных сред.

2. Разработана математическая модель технологического процесса работы распределительной системы зерновой сеялки с учетом взаимного влияния воздушного потока и семян, а также их физико-механических свойств.

3. Раскрыты взаимосвязи между качественными показателями процесса распределения зернового материала и конструктивно-технологическими параметрами распределительной системы с учетом характеристик высеваемого материала.

Практическая значимость. Результаты теоретических и экспериментальных исследований получили практическую реализацию в совершенствовании посева зерновых культур. Новизна решений подтверждаются патентами РФ на полезные модели №100357 и №100359 от 20.12.2010 г.

Работа выполнена в соответствии с планом НИОКР ФГОУ ВПО «Башкирского ГАУ» на 2006-2011 гг. «Разработка современных технологий и технических средств для возделывания сельскохозяйственных культур» (Рег.№ 0120.0 950301).

Посев зерновой сеялкой ССНП -16 с экспериментальной пневматической высевающей системой обеспечивает неравномерность распределения семян по сошникам не более 5%, вместо 12% у серийной.

Реализация результатов исследований. Экспериментальная пневматическая зерновая сеялка ССНП-16 с усовершенствованной распределительной системой прошла производственную проверку на полях учебно-научного центра ФГОУ ВПО Башкирского ГАУ. Разработанная модель технологического процесса работы зерновой пневматической сеялки используется в учебном процессе ФГОУ ВПО Башкирского ГАУ. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при разработке конструкции распределительного устройства для зерновых сеялок в ООО «Варнаагромаш» (Челябинская обл.)

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и одобрены на научно-практических конференциях Башкирского ГАУ (2008...2011 гг.), Челябинского ГАА (2009...2011 гг.) и Ульяновского ГСХА (2010 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе одна статья - в издании, указанном в «Перечне ВАК». Общий объем публикаций составляет 3,19 пл., из них автору принадлежит 1,85 п.л.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, выводов, списка использованной литературы из 122 наименований и приложения. Диссертация изложена на 156 е., содержит 25 таблиц и 64 рисунков.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

1. Обоснование возможности математического описания процесса движения воздушно-зерновой смеси в распределительной системе сеялок на основе теорий двухфазных сред.

2. Теоретическое обоснование процесса движения воздушно-зерновой смеси в распределительной системе зерновой пневматической сеялки.

3. Конструктивно-технологическое обоснование параметров распределительной системы зерновой пневматической сеялки.

4. Экспериментальная оценка процесса распределения семян под действием воздушного потока.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности выбранной темы исследований и общую характеристику работы.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» рассмотрены основные агротехнические требования к посеву зерновых, проведён анализ конструкций распределительных систем зерновых пневматических сеялок, процесса их работы и способов посева зерновых культур.

Пневматическому высеву семян и минеральных удобрений посвящены работы Н.И. Любушко, В.М. Гусева, Л.Ю. Шевырева, В.И. Скорлякова, И.Н. Глужина, С.А. Ивженко, В.А. Шмонина, В.Н. Перевозникова, Н.Д. Лепешкина, A.A. Точицкого, В.И. Смаглий, Г.Д. Портнова, И. А. Шаршукова, В.Е. Кома-ристого, К.К. Куриловича, A.C. Сентюрова, Г.Н.Лысевского, B.C. Астахова,

A.B. Адась, Э. Пешеля, Г.Пипига, Г. Вайсте, В. Цёрес, Г. Хеёге и других исследователей. Пневмотранспортированнием сыпучих материалов занимались

B.C. Пальцев, Ф.Г. Зуев, A.M. Дзядзино Г. Вельшоф, Г. Зеглер.

В результате анализа технических решений посева зерновых культур установлено, что одним из перспективных способов посева является полосовой посев. Для обеспечения полосы посева требуется большая скорость семян на выходе из сошника. А это можно добиться только при транспортировании семян воздушным потоком сеялками с пневматической централизованной высевающей системой (ПЦВС).

Приведенный в диссертации сравнительный анализ существующих ПЦВС по различным критериям позволил установить, что наиболее перспективными являются одноступенчатые системы группового дозирования с распределителями горизонтального типа.

Однако полученные авторами данные не всегда могут быть применены при создании ГТЦВС с распределяющими устройствами горизонтального типа. Это связано с тем, что в работах не рассматриваются подходы, описывающие совместное движение зерна и воздушного потока, или эти процессы рассматривается с большим количеством допущений.

Проведенный анализ позволил сформулировать цель исследований и определить задачи:

1. Обосновать возможность математического описания процесса движения воздушно-зерновой смеси в распределительной системе пневматических сеялок на основе теорий двухфазных сред.

2. Разработать математическую модель движения воздушно-зерновой смеси в распределительной системе сеялки, установить начальные и граничные условия функционирования модели.

3. Обосновать конструктивные и технологические параметры распределительной системы зерновой пневматической сеялки.

4. Провести исследования зерновой пневматической сеялки с разработанной распределительной системой и определить технико-экономическую эффективность ее применения.

Во второй главе «Разработка математической модели технологического процесса работы распределительной системы зерновой пневматической сеялки» обоснована модель технологического процесса распределения семян воздушным потоком, определена область расчета с начальными и граничными условиями функционирования модели.

В пневматических системах сеялок происходит взаимодействие воздушного потока с семенами, которые являются твердыми частицами. Процесс взаимодействия воздушного потока с твердыми частицами можно описывать методами механики сплошных сред и рассматривать как гетерогенное двухфазное течение «воздух - твердые частицы» только при соблюдении определенных условий по виду течения (потока), концентрации частиц, инертности процесса их перемещения, характеру их взаимодействия с воздухом и т.д. Для оценки наличия и интенсивности взаимодействий воздуха и частиц, определения вида потока и возможности его математического описания используют совокупность классификаций двухфазных течений по объёмной концентрации а.

где Уп - объем, занимаемый частицами в элементарном объеме потока за единицу времени, м3/с; - объем воздуха поступающий в рассматриваемую область за единицу времени, м7с.

На рисунке 1 приведены разновидности течений с частицами в зависимости от их объемной концентрации. При незначительной объемной концентрации твердых частиц (а < 10"6) их влияние на воздушный поток можно не учитывать. При возрастании объемного содержания (10"6 <а< 103) частицы в свою

очередь начинает оказывать воздействие на воздушный поток. С увеличением концентрации (а> 10^) в дополнение к уже описанным взаимодействиям между частицами и воздухом добавляется взаимодействие частиц между собой.

ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ВЗАИМОДЕЙЕТВИЯ

а

несущий газ | несущий газ несущий газ

1 -

частици | частицы частицы

! частицы частицы

| несущий газ несущий газ

1 частицы

1 г>

1 частицы

I 1 II III

С учетом объема единичных семян, их массы, нормы высева ширины захвата Вр и рабочей скорости ис объемная концентрация для пневматических систем зерновых сеялок определится по следующей формуле

Ю-Д.-Ц.-Р^оооЛ

(2)

'иг6

сладозапыленное

прг

'ильнозапыленное

течение течение

Рисунок 1 - Классификация гетерогенных потоков по объемной концентрации частиц

где У\ож - объем 1000 семян, м"; /ищоо

- масса 1000 семян, кг.

Согласно выражению (2) нами установлено, что для распределительных систем зерновых сеялок значение объемной концентрации семян находятся в пределах а = 10°... 10"6 (зона И, рисунок 1).

В связи с этим при математическом моделировании процесса работы пневматических сеялок процесс взаимодействия воздушного потока с семемами необходимо рассматривать как двухфазное течение «воздух - твердые частицы» характеризующиеся взаимосвязью и взаимовлиянием процессов.

Кроме того для математического описания движения частиц воздушным потоком должны выполнятся следующие допущения:

1. Смесь монодисперсная (дисперсная фаза частицы присутствует в виде сферических включений одинакового размера). Для этого форму высеваемого материала принимаем шаровидной;

2. Объемом, занимаемым частицами, пренебрегается. Данное допущение для сеялок соблюдается т.к. объем семенного материала Ур поступающего в пневматическую систему сеялки очень мал по сравнению с объемом поступающего воздуха Уа (нами установлено, что Кр=5,8*10"5...114,6*10~5 м3/с «

К8=0,12... 1,15 м3/с);°

4. Плотность воздуха рк меньше плотности вещества частиц (семян) рр. р„= 1,225 кг/м3«рр=1366,0 кг/м3.

5. Дисперсная фаза считается недеформируемой и несжимаемой (семена под действием воздушного потока не сжимаются и не деформируются);

6. Процессы дробления и коагуляции, приводящие к образованию новых частиц, отсутствует. Анализ исследований различных авторов показывает, что дробление семян в пневматической системе сеялки не превышает 1%.

Тогда для описания течения воздушно-зерновой смеси можно использовать общую систему уравнений течения двухфазной среды «воздух - частицы», где дисперсная фаза будет учитываться в виде источников массы

р — = Д - дгаЛ р ■+

0.1

^ + V ■ (рЛ«0 = ?■ ((р^ + £) ?а1) +

^ + 7 ■ (рЛ«0 = р ■ ((ряо1 + ) +

~ + V ■ (рд^ ® уя) = -ГР + Г . + р3д (3)

а«

¿>г * \гдкд} \mass-<¿14, гсс!„,

Спр^ПЛ.Н',, + (7 [ 1- ,

Рр!

где Ж - проекции скоростей по осям, м/с; Я -объемная сила, Па; р - давление, Па; и„- скорость воздушного потока, м/с; - источник массы частиц,

кг/м^-с.; а, - концентрация воздушно-зерновой смеси; Д - коэффициент диффузии; ¡и, - турбулентная динамическая вязкость, кг/м-с; Бс, - турбулентное число Шмидта; /(„ - динамическая вязкость несущей фазы, кг/м-с; к^ - турбулентная энергия несущей фазы, м2/с2; с1р - диаметр частиц, м;. т — масса частиц, кг; Со ~ коэффициент сопротивления частиц; ир - скорость частиц, м/с. иг - скорость частицы относительно несущей фазы, м/с.

Источник массы за счёт частиц определяется как

^ X (шрл~ тр,«»« )/ , (4)

где трга, тргму - масса частиц на входе и выходе расчетной области, кг; Л^ -число частиц, пролетающих в секунду по траектории _/, с'1; £2сец - объем расчетной области, м"\

Выражение в скобках {тр,„х-тр,аы>) не что иное как массовый расход семян др (кг/с), - штучный расход семян qUlm, (шт/с), а Г2сец - объем рассматриваемой распределительной системы Уросч,, м\ Подставив в формулу (4) эти параметры, получим выражение источника масс для пневматических систем зерновых сеялок

ер _ Я чип

,„а,,-Чр--. (5)

расч

При расчетах диаметра частиц с1р в уравнении динамики необходимо учесть, что семена сельскохозяйственных культур имеют широкую гамму по форме, состоянию поверхности, а также по индивидуальной массе. Поэтому определение размеров единичного семени должно производиться экспериментальным или расчетным путем по эквивалентному диаметру. Наиболее подходящим, на наш взгляд, является следующая формула

(6)

где с!и1 = ^ /0,524 - диаметр шара, объем которого эквивалентен объему данной частицы Уг, м; (р- коэффициент или фактор формы.

Для шарообразных частиц (р =1 (например, бобовые), округлых (р =0,75 (пшеница, рожь), угловатых (р =0,66 (гречиха, подсолнечник), продолговатых (3=0,58 (овес).

С учетом выражений для определения источника массы семян (5) и уточненного эквивалентного диаметра (6), общая система уравнений течения двухфазной среды «воздух - зерно» запишется следующим образом

= й - дгай р +

^ + Г . (Р,,^) - V ■ ((р^ + ^аЛ + ^

ч^з-э-х/ 1 5с,) Ч

---+р • ^ ® = +? 1■т*<е+

Ъ + <7>

:0рд\1'г\иг + д{\.-р-А

\ Ра'

С-л

<11 Вт "гд-1- , рр/

Коэффициент сопротивления частицы С«, входящий в данную систему уравнений, для большинства двухфазных сред определяется согласно кривой Рэлея в зависимости от числа Рейнольдса Не (С» =/(Ке)).

Число Рейнольдса для воздушного потока, взаимодействующего с семенами, можно определить по следующей формуле:

, (8)

где // - кинематическая вязкость воздуха, м2/с.

Нами установлено, что для пневматических систем сеялок числа Рейнольдса находятся в диапазоне 8-10\..Ю5. Данный режим течения соответствует области развитой турбулентности, где сопротивление характеризуется законом Ньютона. Однако закон Ньютона справедлив только для шарообразных частиц. Для семян сельскохозяйственных культур зависимость =f(Ке) необходимо определять экспериментальным путем.

Для решения системы уравнений (7) необходимо установить значения входящих в систему величин в начальный момент времени и задать границы рассматриваемой области, т.е определить начальные и граничные условия задачи. Для этого рассмотрим технологический процесс работы зерновой пневматической сеялки (рисунок 2).

В процессе работы приводное колесо через цепную передачу и карданный вал приводит в движение катушку высевающего аппарата. Посевной материал поступает из загрузочного бункера на катушку дозирующего устройства. Семена, прошедшие дозирующую катушку, попадают в пневмопровод. Под воздействием воздушного потока, поступающего в пневмопровод от вентилятора, происходит транспортирование высеваемого материала в распределительное устройство, затем через семяпроводы к сошникам. В процессе работы

вентилятора, воздушный поток приобретает энергию, проходя через лопатки рабочего колеса вентилятора.

Для определения давления создаваемого вентилятором, рассмотрим движение воздушного потока в межлопаточных каналах колеса. На рисунке 3а показаны треугольники скоростей движения частицы воздуха при входе (1) на лопатку и сходе (2) с нее, где и — переносная или окружная скорость, направленная по касательной к данной точке окружности; со — относительная скорость, направленная по касательной к лопатке в данной точке; с — абсолютная скорость, равная геометрической сумме скоростей со и и.

Бункер

Вентилятор

с»

м

Мг

чег

Расунок 2 Технологическая схема зерновой пневматической сеялки

■ '; V А

о

ю 6/

Рисунок 3 - Треугольники скоростей воздуха при входе и выходе с лопаток рабочего колеса: а) лопатки загнутые вперед; б) вход на лопатку загнутую назад: в) выход из лопатки, загнутой назад Полное давление, приобретенное воздушным потоком при прохождении через рабочее колесо вентилятора равно разности давлений на выходе из рабочего колеса и входе в него, т. е.

РеС 2 РеС\

Н, = Н 4-^-Я. - й

2 , 2 , (9)

где Нс - статистическое давление, Па; ркс"12 -динамическое давление, Па.

Уравнение (9) с учетом полной удельной энергии и центробежных сил будет иметь следующий вид:

(10)

НТ =РЙ(?2и2 ~<Р\и1 где (р! г коэффициент закручивания.

Значение полного давления, определенное по формуле (10) будет граничным условием входа воздушного потока в распределительное устройство.

В процессе работы часть воздуха поступает в бункер через слой семенного материала, что в свою очередь приводит к потере давления. Этот процесс можно рассматривать как фильтрацию воздушного потока через слой твердых частиц.

Гидродинамическое сопротивление слоя семян ЛРФ (Н/м2) можно определить из следующей зависимости, установленный В.М. Дринча:

№ф=\р; (11)

где ру - относительная плотность зерновок, определяется как отношение средней плотности материала к плотности стандартного вещества (за стандартное вещество принята вода при температуре 4°С, имеющая плотность 1000 кг/м"); Л — высота слоя семян, м; е - порозность слоя семян.

Значение гидродинамического сопротивления ЛРф, определяемое по формуле (11) будет граничным условием на входе семян в распределительное устройство. Кроме этого на этой границе необходимо установить размеры (эквивалентный диаметр) и массовый расход семян, определяемые по формулам (6) и (5) соответственно.

Внутренние рабочие поверхности пневмосистемы могут быть заданы граничным условием непроницаемости, т.е на стенках задается условие для нормальной скорости У„=0.

Выход семян из сошников может быть определен как «свободный выход», т.е. давление на выходе должно быть равно атмосферному Р.-р=Ра,т1.

Принятые и установленные начальные и граничные условия функционирования модели процесса движения воздушно-зерновой смеси в распределительной системе зерновой сеялки приведены в таблице 1, а область расчета на рисунке 4.

Таблица 1 Начальные и граничные условия функционирования модели

Условия Несущая фаза (воздух) Твердая фаза (зерновой материал)

Начальные а) температура (/=20 С0); б) плотность р« = 1,225 кг/м3; а) плотность рр= 1366 kt/mj; б) эквивалентный диаметр семян в) скорость семян Кс.=0

Граничные а) вход (I): давление, создаваемое вентилятором Hr=Pg(viul-(P\u\)\ б) стенка (III)- условие непроницаемости: К„=0; в) выход (IV): свободный выход P,-p=Pam, а) вход зерна (И): - сопротивление слоя семян APr/i=(p,-Pf;)-(l-c)hg ■ - массовый расход семян О1' - q q...... ¿Cuius.v 1 /> ,r V 1>мч б) стенка - абсолютное упругое отражение (III) к~1; в) выход (1У):свободный выход Р =Р 1 r;i ' итм-

Граничные условия при моделировании процесса движения зерна в пневмосистеме являются описанием конструктивных параметров распредели-

тельного устройства и технологических параметров ее работы, а начальные условия - описанием физических параметров воздушного потока и семян.

В результате этого появляется возможность реализации модели для проектирования распределительных систем сеялок с учетом их конструктивно-технологических параметров и физико-механических свойств семян. Для численной реализации разра-ЧУ ботанной модели нами использован

Рвых=Рат программный комплекс Р1о\уУ15юп.

Рисунок 4 - Граничные условия В третьей главе «Программа и

функционирования модели методика экспериментальных исследо-

ваний» представлена программа и методика экспериментальных исследований, которые включают изучение физико-механических и геометрических параметров семян, лабораторные и лабораторно-полевые исследования по обоснованию параметров распределителей и пневмосистемы зерновой сеялки в целом.

Для экспериментального уточнения зависимости коэффициента сопротивления от числа Рейнольдса С»=/(Яе) определяли скорость воздушного потока и„ в лабораторном парусном классификаторе Ре1киз К293 при помощи микроманометра ММН-240(5)-1,0 и трубки Пито. По полученным скоростям воздушного потока и, согласно формуле: .

с„=--^--(12)

Р*-»*

определяли коэффициенты сопротивления семян различных сельскохозяйственных культур.

Для лабораторных исследований распределительных систем и обоснования их параметров на кафедре сельскохозяйственных машин ФГОУ ВПО Башкирского ГАУ была изготовлена экспериментальная установка зерновой пневматической сеялки (рисунок 5).

Из-за отсутствия единых стандартов по определению качества работы централизованных высевающих систем в качестве критерия оценки нами выбран коэффициент вариации распределения семян по семяпроводам.

Одним из основных показателей качества работы сеялки в полевых условиях являлось распределение семян по рядкам, которое определялось на основе стандартных методик путем наложения рамки по площади посева.

1-бункер;2-высевающийаппарат;3-опорно-приводноеколесо;4-привод;5 - высеасшлций диск:6 -приемнаяворонка; 7-гжектор;8-вентилятор; 9-распределитель; Ю-пневмосетщххюд; II соишик; 12 - жющюдвигатель: 15-ведущш ¡жлик; 14—ведомый роли: 15 - электродвигатель: 16 - шкив электродвигателя: 17-ремень; 18-ведомыйшкив; 19 -вачвепппттора;20- упор Рисунок 5 Схема экспериментальной установки

Обработка опытных данных состояла в установлении среднего количества растений в ячейках, среднеквадратического отклонения и коэффициента вариации, в данном случае, характеризующих неравномерность распределения растений по полосе и рядкам. Кроме этого в полевых условиях проводилась сравнительная оценка разработанной сеялки с существующей, с определением показателей продуктивности растений и их урожайности.

В четвертой главе «Обоснование параметров пневматической распределительной системы» выполнен анализ результатов лабораторных и полевых экспериментов. Приведены основные экспериментальные зависимости и установленные рациональные параметры распределительного устройства, определены основные физико-механические свойства и геометрические параметры семян.

На основе экспериментальных данных нами установлено, что зависимость коэффициента сопротивления семян от числа Рейнольдса (рисунок 6) апроксимируется экспоненциальной функцией вида

(13)

где А, Ь - эмпирические коэффициенты в зависимости от культуры.

Значения коэффициента А составляют 4,27, 4.42, 4,10 для семян пшеницы, ячменя и ржи, соответственно, ¿=0.001 - для всех этих культур.

Полученные зависимости коэффициента аэродинамического сопротивления семян должны быть учтены в разработанной модели (7) в зависимости от вида рассматриваемой культуры.

С л>= А е 1ЧИ»|

л

уВЬ В

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 К*

Рисунок 6 Зависимости коэффициента сопротивлении семян от числа Рейнольдса Ре для различных культур

Т)вМ\,М/С 12

«•».м/с

-экспериментальные значения;

----теоретические значения.

Рисунок 7 Зависимости скорости движения воздушно-зерновой смеси от скорости воздушного потока

1,

Трансцендентная крибоя

I

••-ь. .. «у

Ж

Вход

сгА;

Г , - ^ ,-т ».'- ¡Семена

.......

I" Вектора скорости Воздуха

Рисунок 8 Распределение семян и векторов скоростей воздуха

Для проверки адекватности разработанной модели нами были проведены специальные экспериментальные исследования в пневмока-нале парусного классификатора Ре1киэ К293. На рисунке 7 приведены зависимости скорости ивых движения воздушно-зерновой смеси от скорости IV воздушного потока на входе в канал, полученные экспериментально и теоретически для идентичных условий. Результаты, полученные при моделировании, соответствуют экспериментальным данным, уровень значимости составляет 0,954 по критерию Фишера.

Адекватность процесса движения воздушно-зерновой смеси позволяет использовать разработанную модель для обоснования конструктивно - технологических параметров распределительной системы сеялки. Так, моделирование работы распределительного устройства, позволило установить, что воздушно-зерновая смесь при выходе из патрубка в зависимости от скорости на входе отклоняется на некоторый угол у (рисунок 8) в пределах 33,3...36° (рисунок 9).

Обоснование длины распределителя и формы его поверхностей производилось из условия снижения сопротивления внутренних стенок воздушному потоку и соударения об них семян. Для этого необходимо, чтобы поверхности внутренних стенок распределителя по форме являлись огибающими предельных траекторий движения семян. На рисун-

ке 10 показаны предельные траектории движения семян 1 в продольно-вертикальной плоскости и построенная по ним форма верхней поверхности распределителя, которая описывается параболической кривой 2.

У

Ур

Л4

v-0.ll 0.275Х+ 3J.Hl :

1{' 0,!)!П ^ | 1 1

|

! I 1

: / №:б\'+»лил + 7 5,86:

С 0.9837

.г : 1

5

1р; ~

;

III 11 12 В 14 15 16 17 У., .ич

1110 150 201* :?« >011 350 .'V, 450 500 550 600 т

Рисунок 9 Зависимость угла отклонения векторов скорости воздушно-зерновой смеси от скорости воздушного потока

Рисунок 10 Кривая, описанная по предельным траекториям движения воздушно-зерновой смеси в продольно-вертикальной плоскости

Моделирование движения воздушно-зерновой смеси в распределителе с такими геометрическими формами показало, что характер движения семян зависит от скорости воздушного потока ив на входе. Так, при скоростях более 15 м/с происходит завихрение воздушного потока и ударение семян о верхнюю стенку. А при скоростях менее 12 м/с семена падают вниз и ударяются о нижнюю стенку. В обеих случаях происходит нарушение технологического процесса и повышение травмируемости семян. В связи с этим рабочий диапазон скорости ив воздушного потока на входе в распределитель должен быть в пределах 12... 15 м/с.

Угол раструба в целях уменьшения ударения семян о боковые стенки должен выбираться по верхней границе рабочей скорости, т.е при 15 м/с. Для данной скорости согласно графику (рисунок 9) угол раструба распределителя

«.=34,6°.

Длина распределителя обоснована по траекториям движения воздушно-зерновой смеси и определенным по ним дальности полета семян после выхода из раструба. Согласно графику (рисунок 11) при скорости ив=15 м/с длина распределителя ¿р=600 мм.

Обоснование формы выходной части распределителя производилось по критерию равномерности распределения давлений по семяпроводам. Наиболее предпочтительным по равномерности распределения является криволинейная форма в виде плоской трансцендентной кривой, т.к коэффициент вариации давления Кд= 14% в этом случае ниже по сравнению с другими формами (Кя=15...20%).

В процессе моделирования было установлено, что в зонах А распределителя (рисунок 7) возникает завихрение воздушного потока из-за обратного влияния на него зерновой смеси. Данное обстоятельство приводит к нарушению технологического процесса и ухудшению распределения семян по семяпроводам. Для устранения турбулентности потока и улучшения распределения

семян многие исследователи предлагают устанавливать внутри распределительного устройства различные вставки.

Однако, неравномерность распределения давления по выходам при использовании вставок эллипсоидной, каплевидной и круглой форм по нашим исследованиям хотя и снижается до 12%, но все равно не удовлетворяет агротехническим требованиям (рисунок 12).

700

600

500

400

у - 2,3306х: - вг = 42,917х 0,9596 ^ 716,91

1р

-—♦

ч

\

у'

■ . f

----- € 1 1

№ ны\(1Д<>|)

13

пив, м/с

Рисунок 11 Зависимость дальности полета семян от скорости воздушного потока

Рисунок 12 Зависимость распределения давления воздушно-зерновой смеси по семяпроводам от формы вставок

При установке внутри распределителя плоских вертикальных рассекателей распределение давления по выходам становиться более равномерным (рисунок 12). В результате экспериментальных исследований было установлено, что на качество распределения семян влияет и положение рассекателя 1рс и углы наклона ее пластин урс. Для определения их оптимальных значений были проведены многофакторные эксперименты, а по их результатам построены поверхности отклика (рисунок 13), двумерные сечения (рисунок 14) и получено кодированное уравнение

К=32,857-1,081т1+0,02605-.1£ - 0,154-х:+0,0003-л;2-0,00032 (14)

гдех, — угол установки рассекателей урс\ х2- место расположения рассекателя Ьрс; У~ вариация давления по выходам.

/■400 ,

Рисунок 13 - Поверхность отклика от взаимодействия положения рассекателя и угла установки пластин в рг"-предетт1еле

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

У

Рисунок 14 - Двумерное сечение поверхности I отклика, характеризующее распределение давления по выходам.

Кр.

20 15 10

о

Рисунок 17 - График зависимости коэффициента вариации распределения

растений по рядкам Коээфициент вариации распределения растений по рядкам Кр для разработанного распределителя не превышает 5% и удовлетворяет агртехническим требованиям.

В пятой главе «Расчёты экономической эффективности» определена эффективность применения разработанной сеялки при посеве зерновых культур. Применение усовершенствованной пневматической сеялки с централизо-

Оптимальными значениями являются расстояние от входа до рассекателей ¿/;с.=260 мм, угол их установки /рс= 22,5°.

Диаметр входного пневмопровода dl и выходных патрубков с1\ в целях снижения капитальных вложений на переобрудование сеялки при теоретических и экспериментальных исследованиях были приняты как у существующей сеялки ССНП-16.

Рисунок 15 - Конструктивная схема Рисунок 16 - Сеялка ССНП-16 с разработан-разработанного распределителя ным распределителем во время посева

На рисунке 15 приведена конструктивная схема разработанного распределителя, а на рисунке 16 - экспериментальная сеялка во время посева.

Полевые эксперименты в учебно-научном центре ФГОУ ВПО «Башкирского ГАУ» показали, что качество распределения семян разработанным распределительным устройством выше по сравнению с серийно выпускаемой сеялкой ССНП-16 (рисунок 17).

ванным дозированием семян позволило за счет повышения равномерности распределения семян по рядкам повысить урожайность посевов озимой ржи в 2009 г. на 6...7 % и получить экономический эффект при полной годовой загрузке по сравнению с серийной сеялкой ССНП-16 в размере 187,2 тыс.руб. Дополнительные капитальные вложения на переоборудование сеялки составляют 13 тыс. руб., срок окупаемости один сезон.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Определена возможность математического описания процесса движения воздушно-зерновой смеси в распределительной системе пневматических зерновых сеялок на основе уравнений динамики двухфазных сред «воздух-твердые частицы». Установлено, что объемная концентрация семян а в распределительной системе зерновых сеялок в процессе работы меняется в пределах 10"... 1(Гб. При такой концентрации твердых частиц в воздушном потоке, согласно принятым классификациям, происходит не только перемещение частиц под действием воздушного потока, но и возникает обратное воздействие семян на несущую фазу, которое необходимо учитывать при моделировании процесса работы распределительных систем пневматических сеялок.

2. Разработана математическая модель технологического процесса работы распределительной системы зерновой сеялки с учетом взаимного влияния воздушного потока и семян, а также их физико-механических свойств, проявляющиеся в уточнении зависимости коэффициента сопротивления С0 от числа Рейнольдса Не и эквивалентного диаметра семян с!ж по их геометрическим размерам (длине, ширине, толщине). Обоснована расчетная область модели технологического процесса работы пневмосистемы сеялки и установлены граничные условия ее функционирования. Граничное условие входа воздуха из вентилятора обоснована значением создаваемого им давления, вход семенного материала из дозирующего устройства - сопротивлением слоя семян в катушке и нормой высева, внутренние рабочие поверхности пневмосистемы - условием непроницаемости стенок (К„=0), а выход семян из сошников - условием свободного выхода (/%=РШ,П,). Уровень значимости разработанной модели составляет 0,954 по критерию Фишера.

Установлено, что зависимость коэффициента сопротивления семян от числа Рейнольдса апроксимируется экспоненциальной функцией вида С1)=А-еЬКе, а значения коэффициента А составляют 4,27, 4.42, 4,10 для семян пшеницы, ячменя и ржи, соответственно, 6=0.001 - для всех этих культур.

3. Установлено, что по качеству распределения семян наиболее полно отвечает распределительное устройство в виде расширяющегося раструба от входа к выходам под углом у,,=34,6°, длиной ¿,,=600 мм, с криволинейной формой выходной части в виде плоской трансцендентной кривой, параболической формой верхней грани и установленными внутри вертикальными плоскими рассекателями. Оптимальными значениями для рассекателей являются расстояние от входа распределителя дс их середины ¿/х,=260мм, угол установки

пластин у/х= 22,5°. Скорость воздушного потока на входе в распределитель должна быть в пределах 12... 15 м/с, что почти в два раза ниже чем у существующей сеялки.

4. Установлено, что при применении усовершенствованной зерновой пневматической сеялки неравномерность распределения семян по сошникам не превышает 5%, вместо 12% у серийной, что позволило повысить урожайность озимой ржи на 6...7 % и получить годовой экономический эффект в размере 187,2 тыс.руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Шарафутдинов A.B. Моделирование пневматической системы зерновой сеялки / С.Г. Мударисов, A.B. Шарафутдинов, И.Д. Бадретдинов // Механизация сельского хозяйства, 2010, №3, -С.8-9.

патенты;

2. Патент на полезную модель №100359 РФ, А01С 15/04 «Распределительное устройство зерновой пневматической сеялки / С.Г. Мударисов, A.B. Шарафутдинов (Россия). -№2010115898/21; Заявлено 21.04.2010; Опубл. 20.12.2010.4 с.

3. Патент на полезную модель №100357 РФ, А01С 7/16, А01С 15/04 «Распределительное устройство зерновой пневматической сеялки / С.Г. Мударисов, A.B. Шарафутдинов (Россия). -№2010129676/21; Заявлено 15.07.2010; Опубл. 20.12.2010. 4 с.

в других изданиях:

4. Шарафутдинов A.B. Моделирование движения воздушного потока в пневмосистемах сельскохозяйственных машин / С.Г. Мударисов, И.Д .Бадретдинов, A.B. Шарафутдинов // Материалы XLVIII международной научно-практической конференции «Достижения науки - агропромышленному производству». 4.4. Челябинск: ЧГАУ, 2009 - С.148-152.

5. Шарафутдинов A.B. Моделирование движения воздушного потока в пневмосистемах сельскохозяйственных машин / С.Г. Мударисов, И.Д .Бадретдинов, A.B. Шарафутдинов // Научное обеспечение устойчивого функционирования и развития АПК. Материалы всероссийской конференции с международным участием в рамках XIX Международной специализированной выставки «Агрокомплекс-2009» (3-5 марта 2009 г.). Часть 1. - Уфа: ФГОУ ВПО «Башкирский ГАУ», 2009. - СЛ16-119 с.

6. Шарафутдинов A.B. Моделирование движения воздуха в распределительных системах зерновых сеялок / С.Г. Мударисов, A.B. Шарафутдинов // Научное обеспечение устойчивого функционирования и развития АПК. Материалы всероссийской конференции с международным участием в рамках XIX Международной специализированной выставки «Агрокомплекс-2009» (3-5 марта 2009 г.). Часть I. -Уфа: ФГОУ ВПО «Башкирский ГАУ», 2009. - С. 127-129.

7. Шарафутдинов A.B. Определение возможности математического описания процесса работы пневматических систем СХМ как гетерогенная двухфазная среда «газ-твердые частицы»// С.Г. Мударисов, З.С. Рахимов, A.B. Шарафутдинов и др. // Материалы XL1X международной научно-практической конференции «Достижения

науки - агропромышленному производству». 4.2. Челябинск: ЧГАА, 2010. - С.80-82.

8. Шарафутдинов A.B.Экспериментальные исследования аэродинамического сопротивления зерновой смеси в двухфазном потоке/ С.Г. Мударисов, И.Д. Бадрет-динов, A.B. Шарафутдинов // Материалы XLIX международной научно-практической конференции «Достижения науки - агропромышленному производству». 4.2. Челябинск: ЧГАА, 2010. -С.266-271.

9. Шарафутдинов A.B. Результаты численного моделирования движения воздушно-зерновой смеси в распределительной системе зерновой сеялки // Материалы II Международной научно-практической конференции «Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения» -Ульяновск, ГСХА, 2010, т.З, ч.1. - С.89-92.

10. Шарафутдинов A.B. Результаты численного моделирования движения воздушно-зерновой смеси в пневматической системе зерновой сеялки // Материалы всероссийской научно-практической конференции «Роль науки в инновационном развитии сельского хозяйства». Часть 2. Инновационные технологии - основа конкурентоспособности сельского хозяйства. - Уфа: АН РБ, Гилем, 2010. - С.160-162.

11. Шарафутдинов A.B. Экспериментальная оценка аэродинамического сопротивления зерновой смеси в воздушном потоке / С.Г. Мударисов, A.B. Шарафутдинов // Материалы всероссийской научн. практ. конф. с междун. участием в рамках XX Международной специал. выставки «АгроКомплекс-2010» - Уфа: ФГОУ ВПО «Башкирский ГАУ», 2010 - С. 137-139.

12. Шарафутдинов A.B. Результаты численного моделирования процесса перемещения воздушно-зерновой смеси в пневматической системе зерновой сеялки // Материалы международной научно-практической конференции, посвященной «80-летию ФГОУ ВПО Башкирский ГАУ» - Уфа: ФГОУ ВПО «Башкирский ГАУ», 2010 - С.114-115.

13. Шарафутдинов A.B. Модернизация зерновой пневматической сеялки ССНП-16 // Материлы всероссийской научн. практ. конф «Ремонт. Востановление. Реновация» - Уфа: ФГОУ ВПО «Башкирский ГАУ», 2011 - С.90-92.

14. Шарафутдинов A.B. Определение вида течения «воздух-семена» в распределительных системах зерновых сеялок // Материалы всероссийской научн. практ. конф. с междун. участием в рамках XX Международной специал. выставки «Агро-Комплекс-2011» - Уфа: ФГОУ ВПО «Башкирский ГАУ», 2011 - С. 102-104.

15. Шарафутдинов A.B. Результаты лабораторно-полевых опытов экспериментальной зерновой пневматической сеялки / С.Г. Мударисов, A.B. Шарафутдинов // Материалы L международной научно-технической конференции «Достижения науки - агропромышленному производству». Ч.З. Челябинск: ЧГАА, 2011. - С.178-181.

Лицензия РБ на издательскую деятельность № 0261 от 10.04.1998. Подписано к печат!Ц^.<32011 г. Формат 60x84. Бумага типографская. Гарнитура Тайме. Усл. печ. л./,2. Усл. печ. л. [¡2.. Тираж 100 экз. Заказ Издательство ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет» Типография ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет» Адрес издательства п типографии: 450001, г. Уфа, ул. 50 лет Октября, 34.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И 3АДАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Агротехнические требования к посеву зерновых культур и основные физико-механические свойства семян.

1.1.1 Обзор технологий посева зерновых культур.

1.2 Анализ конструкций распределительных систем зерновых пневматических сеялок.

1.3 Анализ процесса работы распределительных систем зерновых пневматических сеялок.

1.4 Анализ теоретических исследований по описанию процесса перемещения зерна воздушным потоком.

1.5 Постановка цели и задач исследования.

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАБОТЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЗЕРНОВОЙ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СЕЯЛКИ.

2.1 Определение возможности математического описания технологического процесса работы пневматических систем сеялок в виде течения газа с частицами.

2.2 Разработка математической модели технологического процесса работы распределительной системы зерновой пневматической сеялки.

2.2.1 Обоснование принятых упрощений и допущений.

2.2.2 Выбор и уточнение основных уравнений.

2.2.3 Определение начальных и граничных условий модели технологического процесса.

2.3 Численная реализация модели.

2.4 Выводы по второй главе.

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Методика определения физико-механических и аэродинамических свойств семян.

3.2 Методика машинных экспериментов по обоснованию конструктивно-технологических параметров распределителя.

3.3 Методика лабораторных экспериментов.

3.4 Методика проведения многофакторных экспериментов.

3.5 Методика проведения полевых исследований.

3.6 Математическая обработка результатов и оценка их точности.

Выводы по третьей главе.

4. ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ.

4.1 Результаты исследований по определению физико-механических свойств семян.

4.2 Проверка адекватности модели.

4.3 Обоснование формы распределителя.

4. 3.1 Обоснование формы боковых стенок распределителя.

4.3.2 Обоснование формы поверхности верхней стенки и длины распределителя.

4.3.3 Обоснование формы выходной стенки распределителя.

4.4 Обоснование конструктивных параметров дополнительных приспособлений.

4.4.1 Обоснование формы вставок.

4.5 Результаты исследований по определению положения и угла установки рассекателя.

4.6 Результаты лабораторных и лабораторно-полевых исследований.

4.6.1 Результаты лабораторных исследований.

4.6.2 Результаты полевых исследований.

4.6.3 Определение равномерности глубины заделки семян.

Выводы по четвертой главе.

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕЗУЛЬТАТЫ

ВНЕДРЕНИЯ.

5.1 Экономическая эффективность применения сеялки ССНП-16 с экспериментальной распределительной системой для посева зерновых культур.

5.2 Расчет экономической эффективности.

5.3 Выводы по пятой главе.

Продовольственная безопасность страны в значительной мере определяется валовым сбором зерна, необходимого для формирования семенных фондов, обеспечения продуктами питания населения, а животноводства зернофуражом. При стабильном сохранении посевных площадей основными путями увеличения производства зерна являются повышение урожайности и снижение потерь зерна на всех стадиях производства.

Увеличение объема валовой продукции в сельском хозяйстве возможно главным образом за счет интенсивных факторов развития, внедрения новейших достижений науки, техники и передовой практики. Поэтому всегда стоит задача повышения эффективности машин и орудий, в том числе зерновых сеялок, занимающих важное место в системах машин для механизации сельскохозяйственных работ.

Эффективность работы зерновых сеялок во многом определяется качеством распределения семенного материала, обеспечиваемого высевающей системой. Существующие конструкции зерновых сеялок значительно устарели. Среди предложенных высевающих систем наибольшее внимание заслуживают системы с централизованным дозированием и пневматическим транспортированием семян, позволяющие внедрять ресурсо-энергосберегающие технологии в сельском хозяйстве. Однако пневматические системы с распределителями вертикального типа или индивидуального дозирования, сравнительно энергоемки, имеют увеличенные габариты и не всегда обеспечивают хорошее качество высева семян с разными физико-механическими свойствами.

Наиболее перспективными являются одноступенчатые пневматические системы группового дозирования семян с распределителями горизонтального типа, обладающие меньшей энергоемкостью и материалоемкостью системы.

Однако и они не всегда обеспечивают требуемое качество по равномерности распределения семян по сошникам.

Совершенствование распределительных систем невозможно без раскрытия теоретических основ взаимодействия воздушного потока с семенами с учетом их физико-механических свойств. Для этого необходимо разработать модель процесса перемещения семян воздушным потоком, обеспечивающую возможность обоснования технологии движения воздушно-зерновой смеси и конструктивных параметров распределительной системы. В связи с этим повышение качества распределения семян по семяпроводам путем обоснования конструктивных и технологических параметров распределительного устройства пневматической зерновой сеялки на основе моделирования движения воздушно-зерновой смеси в распределительном устройстве горизонтального типа, является актуальной.

Цель работы. Повышение качества распределения семян путем совершенствования распределительной системы зерновой пневматической сеялки.

Объект исследования. Технологический процесс распределения семян воздушным потоком в распределительной системе зерновой сеялки.

Предмет исследования. Закономерности технологии движения воздушно-зерновой смеси и влияния конструктивно-технологических параметров распределительного устройства на качество распределения семян.

Методика исследований. В теоретических исследованиях использованы методы механики двухфазных сред «газ - твердые частицы» и методы классической гидродинамики. Экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях выполнены с использованием стандартных и частных методик с применением методов планирования эксперимента. Экспериментальные данные обработаны методами математической статистики на ЭВМ.

Научная новизна.

1. Обоснована возможность математического описания процесса движения воздушно-зерновой смеси в распределительной системе зерновых пневматических сеялок на основе уравнений динамики двухфазных сред.

2. Разработана математическая модель технологического процесса работы распределительной системы зерновой сеялки с учетом взаимного влияния воздушного потока и семян, а также их физико-механических свойств.

3. Раскрыты взаимосвязи между качественными показателями процесса распределения зернового материала и конструктивно-технологическими параметрами распределительной системы с учетом характеристик высеваемого материала.

Практическая значимость. Результаты теоретических и экспериментальных исследований получили практическую реализацию в совершенствовании посева зерновых культур. Новизна решений подтверждаются патентами РФ на полезные модели №100357 и №100359 от 20.12.2010 г.

Работа выполнена в соответствии с планом НИОКР ФГОУ ВПО «Башкирского ГАУ» на 2006-2011 гг. «Разработка современных технологий и технических средств для возделывания сельскохозяйственных культур» (Рег.№ 0120.0 950301).

Посев зерновой сеялкой ССНП -16 с экспериментальной пневматической высевающей системой обеспечивает неравномерность распределения семян по сошникам не более 5%, вместо 12% у серийной.

Реализация результатов исследований. Экспериментальная пневматическая зерновая сеялка ССНП-16 с усовершенствованной распределительной системой прошла производственную проверку на полях учебно-научного центра ФГОУ ВПО Башкирского ГАУ. Разработанная модель технологического процесса работы зерновой пневматической сеялки используется в учебном процессе ФГОУ ВПО Башкирского ГАУ. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при разработке конструкции распределительного устройства для зерновых сеялок в ООО «Варнаагромаш» (Челябинская обл.)

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и одобрены на научно-практических конференциях Башкирского ГАУ (2008.2011 гг.), Челябинского ГАА (2009.2011 гг.) и Ульяновского ГСХА (2010 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе одна статья - в издании, указанном в «Перечне ВАК». Общий объем публикаций составляет 3,19 п.л., из них автору принадлежит 1,85 п.л.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, выводов, списка использованной литературы из 126 наименований и приложения. Диссертация изложена на 156 е., содержит 25 таблиц и 64 рисунков.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Определена возможность математического описания процесса движения воздушно-зерновой смеси в распределительной системе пневматических зерновых сеялок на основе уравнений динамики двухфазных сред «воздух-твердые частицы». Установлено, что объемная концентрация семян а в распределительной системе зерновых сеялок в процессе работы

2 г меняется в пределах 10" .10" . При такой концентрации твердых частиц в воздушном потоке, согласно принятым классификациям, происходит не только перемещение частиц под действием воздушного потока, но и возникает обратное воздействие семян на несущую фазу, которое необходимо учитывать при моделировании процесса работы распределительных систем пневматических сеялок.

2. Разработана математическая модель технологического процесса работы распределительной системы зерновой сеялки с учетом взаимного влияния воздушного потока и семян, а также их физико-механических свойств, проявляющиеся в уточнении зависимости коэффициента сопротивления Сп от числа Рейнольдса Яе и эквивалентного диаметра семян <}ж по их геометрическим размерам (длине, ширине, толщине). Обоснована расчетная область модели технологического процесса работы пневмосистемы сеялки и установлены граничные условия ее функционирования. Граничное условие входа воздуха из вентилятора обоснована значением создаваемого им давления, вход семенного материала из дозирующего устройства -сопротивлением слоя семян в катушке и нормой высева, внутренние рабочие поверхности пневмосистемы - условием непроницаемости стенок (К„=0), а выход семян из сошников - условием свободного выхода (Ргр=Ра»ш)- Уровень значимости разработанной модели составляет 0,954 по критерию Фишера.

Установлено, что зависимость коэффициента сопротивления семян от числа Рейнольдса апроксимируется экспоненциальной функцией вида

Со=А-еЬКе, а значения коэффициентасоставляют 4,27, 4.42, 4,10 для семян пшеницы, ячменя и ржи, соответственно, ¿=0.001 - для всех этих культур.

3. Установлено, что по качеству распределения семян наиболее полно отвечает распределительное устройство в виде расширяющегося раструба от входа к выходам под углом ур=34,6°, длиной Ьр=600 мм, с криволинейной формой выходной части в виде плоской трансцендентной кривой, параболической формой верхней грани и установленными внутри вертикальными плоскими рассекателями. Оптимальными значениями для рассекателей являются расстояние от входа распределителя до их середины Ьрс=260мм, угол установки пластин урс- 22,5Скорость воздушного потока на входе в распределитель должна быть в пределах 12. 15 м/с, что почти в два раза ниже чем у существующей сеялки.

4. Установлено, что при применении усовершенствованной зерновой пневматической сеялки неравномерность распределения семян по сошникам не превышает 5%, вместо 12% у серийной, что позволило повысить урожайность озимой ржи на 6.7 % и получить годовой экономический эффект в размере 187,2 тыс.руб.

1. Абрамоич Г.Н. Прикладная газовая динамика. Издание 4-е, исправленное и дополненное. Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука», М., 1976, с. 888.

2. Автухов И.В., Лесничий Л.К. Влияние воздушного потока на работу пневматического распределителя минеральных удобрений. Труды ХИМЭСХ, 1971, т. 1-2, 264-268с.

3. Автухов И.В., Слободюк В.Я., Руденко П.В. Влияние углов наклона стенок насадки на качество работы пневматического разбрасывателя минеральных удобрений. Труды КИМСХ, 1968, вып. 13, с. 161-169.

4. Автухов И.В., Слободюк В.Я., Руденко П.В. К разработке пневматического разбрасывателя минеральных удобрений. Труды КИМСХ, 1968, вып. 13, с. 161-169.

5. Астахов B.C. Анализ пневматических централизованных высевающих систем// Тракторы и сельскохозяйственные машины. — 1997, №10.

6. Астахов B.C., Сентюров A.C. Принципиально новые распределители семян // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1994, №10.

7. Беспамятнова Н.М. Механико-технологические основы синтеза структур посевных машин и агрегатов: Дис. .д-ра техн. наук. Зерноград, 1994.-384С.

8. Богданов A.B., Горбачев Ю.Е., Дубровский Г.В., Лунькин Ю.П., Мымрин В.Ф., Павлов В.А., Федотов В.А., Шмид A.A., К кинематической теории смеси газа с твердыми частицами // Препринт ФТИ им. А.Ф. Иоффе. 1985. №941.-44 с.

9. Богданов A.B., Горбачев Ю.Е., Дубровский Г.В., Лунькин Ю.П., Мымрин В.Ф., Павлов В.А., Федотов В.А., Шмид A.A., К кинематической теории смеси газа с твердыми частицами // Препринт ФТИ им. А.Ф. Йоффе. 1985. №989.-60 с.

10. Броунштейн Б.Ю., Тодес О.М. Основы теории пневматического транспорта, Журнал «Техническая физика», т. 23, вып. 1, Л., 1953, с. 110-126.

11. Бусройд Р. Течение газа со взвешенными частицами. — М.: Мир, 1945.-384 с.

12. Вараксин А. Ю., Турбулентные течения газа с твердыми частицами. М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2003. - 192 с.

13. Вараксин А.Ю. Столкновения в потоках газа с частицами.:1. Физматлит. 2008. 310 с.

14. Васин A.A. Приемы возделывания сои Соер 4 в условиях лесостепи Среднего Поволжья. Автореф. дисс. . канд. с.-х. наук. Кинель, 2008.-22 с.

15. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. М.: Колос, 1973. - 199с.

16. Вожик Ю.Г. Влияние формы выпускного патрубка пневматического аппарата на на качество рассева сыпучих минеральных удобрений. Механизация и электрификация сельского хозяйства. Киев, Урожай, 1970, вып.4.

17. Волков К.Н. Стохастическое моделирование движения и рассеивания примеси в механике турбулентных газодисперсных течений // Инженерно-физический журнал. 2004. Т. 77, №5. С. 10-20.

18. Волков К.Н., Емельянов В.Н. Моделирование крупных вихрей в расчетах турбулентных течений. — М.: Физмалит, 2008. 368 с.

19. Волков К.Н., Емельянов В.Н. Течения газа с частицами. М.: ФИЗМАЛИТ, 2008. - 600 с.

20. Вуколов Э.А. Основы статестического анализа. Практикум по статистическим методам и исследованию операций с использованием пакетов STATISTIKA и EXCEL: Учебное пособие. 2-е изд., испр. и доп., -М.: ФОРУМ, 2008. - 464 С.

21. Гастерштадта И. Пневматический транспорт, Л., 1927 с. 119.

22. Голованов В.П. Движение семени от высевающего органа до дна борозды в однозерновых сеялках/ В.П. Голованов // Темат. Сборник Мордовск. Ун-та. Саранск. - 1973. -№96. - С. 16-26.

23. ГОСТ 105.1-2000. Машины посевные. Методы оценки функциональных показателей. — Введ. 15.06.2000. — М.: Минсельхозпрод России, 2000.- 116с.

24. ГОСТ 31345-2007. Сеялки тракторные. Методы испытаний. М.: Стандартинформ, 2008. - 54с.

25. Гришин A.A., Угорчук A.B. Краткий обзор многоструйных пневматических высевающих систем. // Технологии и средства механизации полеводства .-Зерноград, 2002.-С. 31-37

26. Гужин И.Н. Совершенствование технологического процесса распределения семян зерновых культур с обоснованием параметров сошника для подпочвенного разбросного посева : Дис. . канд. техн. наук : 05.20.01 : Кинель, 2003. 151 с.

27. Гусев В.М. Исследование и совершенствование пневматических систем зерновых сеялок. Автореферат канд. дисс. М., ВИСХОМ, 1980, 19с.

28. Джайчибеков Н.Ж., Матвеев С.К. Расчет обтекания сферы газовзвесью на основе трехкомпонентной модели двухфазной среды // Вестник ЛГУ. Математика и механика. 1985. №22. С. 57-62.

29. Дзядзио А. М. Вентиляционные установки зерноперерабатывающих предприятий. Изд. 3-е, доп. И перераб. М.: «Колос», 1974. 400 с.

30. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Колос, 1979.416с.

31. Дринча В.М. Исследование сепарации семян и разработка машинных технологий их подготовки / Воронеж: Издательство НПО «МОДЭК», 2006. 384с.

32. Дюжев Ф.Г. Практические выводы из опытов с пневматической установкой по переработке хлопка сырца. Журнал «Хлопковое дело», №3,1929. С.34-39.

33. Жуков С.П. Оптимизация ленточно-гребневого способа посева яровой пшеницы по предшественникам и нормам высева в условиях Приобья Алтая: дис. .к-та с.-х. наук. Барнаул, 2008.-123с.

34. Зайчик Л.И. Кинетическая модель переноса частиц турбулентных потоках с учетом соударений // Инженерно-физический журнал. 1992. Т.63, №1. С. 44-50.

35. Зайчик Л.И. Об уравнении для функции плотности вероятности скоростей частиц в неоднородном турбулентном потоке // Известия РАН. МЖГ. 1996. № 2. С. 117-124.

36. Зайчик Л.И., Алипченков В.М. Кинетическое уравнение для функции плотности вероятности и температуры частиц в неоднородном турбулентном потоке // Теплофизика высоких температур. 1998. Т. 36, №4. С. 596-606.

37. Зволинский В.Н. Развитие конструкций зерновых сеялок прямого посева / В.Н. Зволинский, Н.И. Любушко // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2003. - №7. - С. 8-10.

38. Зуев В.М. Потенциальные возможности растениводства: пути их реализации // Механизация и электрофикация сельского хозяйства. — 1998. -№6. С. 6-8.

39. Ивженко С. А. Механико-технологические основы совершенствования пневматического посева: Дис. докт. техн. наук : 05.20.01 Челябинск, 1992 г

40. Изыскание и исследование туковой сеялки-разбрасывателя с неравномерностью ±15%. Отчет, Харьков, 1979, 51с.

41. Исследование посевной части комбинированного агрегата с пневмотранспортированием семян. Отчет Кировоград. КИСХМ, 1976, 68с.

42. Кажевников Ю.П. Исследования процесса разделения и транспортирования минеральных удобрений по горизонтальным трубопроводам пневматических сеялок. Автореферат канд. дисс. М., ВИСХОМ, 1972, 19с.

43. Кажевников Ю.П. Результаты исследований процесса высева многоструйной пневматической сеялки. Труды ВИСХОМ. Теоретические и эксперементальные исследования рабочих органов сельскохозяйственных машин, выпуск 70. М., 1972, 238с.

44. Кардашевский C.B. Высевающие устройства посевных машин / C.B. Кардашевский. -М.: Машиностроение. 1973.-174с.

45. Кардашевский C.B. Теоретические основы оценки равномерности распределения семян при однозерновом посеве: Обзорная информ. / C.B. Кардашевский, Е.А. Ренякин. -М.: 1970.-40с.

46. Кондратец Л.И. Приспособления для гребневого посева кукурузы / Л.И. Кондратец, Л.Г. Суворова, И.В. Кудряшова // Тракторы и сельхозмашины. 1987. - №3. —С. 53-56.

47. Коробов М.М. Пневмогидро- и аэрозольтранспорт на промышленных предприятиях. Киев, техника, 1967, с. 309-318.

48. Краснов И.Н. Динамика пневмопривода клапанов пульсатора доильного аппарата / И.Н. Краснов // Сб. науч. Тр. Азово-Черномор. Ин-т механиз. Сел. Хоз-ва. Зерноград, 1971. - Вып.20.- С. 110-117.0

49. Круглов А.Н. Пневматический транспорт зерна и его отходов. М., Заготиздат. 1947, с. 204.

50. Кузьмин Г.П., Подлужина О.И., Кутова В.В. Исследование некоторых параметров широкозахватного удобрителя-плоскореза. Совершенствование системы машин для Северных областей Казахстана. Труды Целеноградского СХИ, т.32. Целиноград, 1980, с.27-32.

51. Кушенов Б.М. Выращивание кукурузы на гребнях // Достижения науки и техники АПК. 1999. -№10. - С.20-22.

52. Латыпов P.M. Обоснование ширины междурядий при посадке картофеля по грядоленточной технологии // Достижения науки и техники АПК. 2006. -№11,- С.44-45.

53. Лобаев В.Н. Расчеты воздухопроводов вентиляции, компрессорных и пневмотранспортных установок. Киев, 1959, с. 155-160.

54. Лобачевский П.Я. Закономерности подачи технологического материала дискретными дозаторами/ П.Я. Лобачевский// Вест. Рос. акад. с-х. наук.-1999, №6. - С. 33-35.

55. Лобачевский П.Я. Закономерности точного машинного сева/ П.Я. Лобачевский// Вест. Рос. акад. с-х. наук.-1996, №6. - С. 33-35.

56. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа: Учеб. для вузов. — М.: Наука, 1987. —840с.

57. Лысевский, Г. Н. «Рабочий процесс и основные параметры пневматической распределительной системы для высева минеральных удобрений» Канд. дисс., Горки, 1984, 192с.

58. Методика селекции многолетних трав./ ВНИИК им. В.Р. Вильямса. М., 1969. - 11 Ос.

59. Механизация измельчения сочных кормов и корнеклубнеплодов: методические указания лабораторной работе по курсу «Механизация и технология животноводства»/Алтайский государственный аграрный университет, Барнаул, 2009, - 28 с.

60. Михайленко А.К. Сошник для разбросного посева // Земледелие. 1970. - №6. С. 73-74.

61. Михеев A.B. Исследование равномерности расхода пылевидных удобрений распыливающими насадками. Труды ВИМ, 1973, т.59, с.59-64.

62. Найденов A.C. Влияние способов посева и нормы высева на урожайность и качество зерна озимой пшеницы в центральной зоне Краснодарского края. Автореф. дисс. .канд. техн. наук. Харьков: УкрНИИ, 1997. -26 с.

63. Насонов В.А. Обоснование процесса высева и параметров дозирующих рабочих органов широкозахватной зерновой сеялки с централизованным высевом семян: Дис. .к-та техн. наук. Зерноград, 1984.-254с.

64. Нигматуллин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. 1. М.: Наука, 1987.-464 с.

65. Одельский Э.Х., Сорокин В.В. Транспорт пылевоздушных смесей в трубопроводах. Труды ВНИИ неруд. стоит. Материалов в гидромеханизации, вып. 31, 1971, с. 94-102.

66. Определение рациональных параметров падающего и пневмораспределяющего устройств разбрасывателя сыпучих удобрений. Отчет, Харьков, 1979, 39с.

67. Опыты по пневматическому распределению в рядки гранулированных химических удобрений. М., 1974. Перевод с венгер. II-22636.

68. Организация и управление производством на сельскохозяйственных предприятиях/ Под ред. Водянникова В.П. М.: Колос, -2006.

69. Пат. RU № 2187922. Способ посева сои / В.Д. Муха, И.А. Оксененко;Опубл. 27.08.2002; Бюл. №8.

70. Пат. RU № 2287253. Способ противодефляционного посева семян /Ю.М. Жданов; Опубл. 20.11.2006; Бюл. №17.

71. Пат. RU № 2303342. Способ посева зерновых культур и устройство для его осуществления / F.J1. Утенков, М.Г. Утенкова, С.К. Гомаско; Опубл. 27.07.2007; Бюл. №12.

72. Перевозников В. Н. Повышение эффективности сева хлебных злаков пневмомеханическим высевающим аппаратом : автореф. дис. канд. техн. наук /; Акад. аграр. наук Респ. Беларусь, Белорус. НИИ механизации сел. хоз-ва. Минск : б.и., 1996. - 17с.

73. Пинчук С.И. Организация эксперимента при моделировании и оптимизации технических систем: Учебное пособие. — Днепропетровск: ООО Независимая издательская организация "Дива", 2008. с. 248

74. Поволжская государственная зональная машиноиспытательная станция. Протокол испытаний № 08-33-01 (4030322) от 27 сентября 2001 года.

75. Подлужин О.И., Кузьмин Г.П. Экспериментальная установка для изучения параметров делительных головок при централизованном высеве семян и удобрений с пневмоподачей.

76. Практикум по организации и управлению производством на с.-х. предприятиях/ Под ред. Водянникова В.П. М.: Колос, -2005.

77. Прожикин A.B. О работе универсальной пневматической сеялки. Труды ВИМ, 1974, т.68, 31-35с.

78. Прокопенко В. А. Результаты исследования многопоточного пневмомеханического аппарата для сплошного внесения минеральных удобрений. Сб. научных трудов аспирантов. Минск, ЦНИИМЭСХ 1975, с. 94.99.

79. Прямой посев зерновых / В.В. Гультяева, Л.И. Кондратьев, Л.Г. Суворова // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1986. -№5. - С. 60-62.

80. Разработка и исследование рабочих органов пневмоцентробежного и пневматического высева минеральных удобрений и зерна (отчет заключительный), тема 28-69/1004. М., ВИСХОМ, 1973, 225с.

81. Савицкая Г.В. Анализ хозяйственной деятельности предприятий АПК. Минск ООО «Новое знамя», 2001.

82. Селякин С.Н. К вопросу об оптимальной концентрации смеси в установках пневмотранспорта. Труды лесотехнической академии, 1949, вып. С.М. Кирова, №65, с.81.

83. Сентюров A.C. Исследование горизонтальных пневматических распределителей. В кн. Повышение эффективности использования техники в сельском хозяйстве. Горки, 1976, вып.25, 39-42с.

84. Сентюров A.C. Исследования технологического процесса и обоснования рабочего органа распределения семян при пневматическом централизованном высеве. Канд. дисс., Горки, 1979, 210с.

85. Сентюров A.C. Об оптимальной форме горизонтального пневматического распределителя. — В кн. Повышение эффективности использования техники в сельском хозяйстве. Горки, 1978, вып.40, 3-5с.

86. Система моделирования движения жидкости и газа FlowVision. -М.: ООО «ТЕСИС», 2007. 204 с.

87. Слободюк В.Я., Джолос П.А. Определение оптимальных параметров распределяющего устройства пневматического разбрасывателя минеральных удобрений. — Тракторы и сельхозмашины, 1977, №7, с.22-24.

88. Совершенствование конструкций посевных машин с учетом использования научно-технических достижений зарубежных стран и отечественного опыта в сельскохозяйственном машиностроении. Отчет. Кировоград, 1976, 159с.

89. Соколов В.М., Вожик Ю.Г. Перспективы применения пневматических тукоразбрасывающих аппаратов. — Тракторы и сельхозмашины, 1974, №4, с.23-26.

90. Соколов В.М., Вожик Ю.Г. Перспективы применения пневматических тукоразбрасывающих аппаратов. — Тракторы и сельхозмашины, 1974, №4, с.23-26.

91. Соловьев М.Н. К вопросу взвешивания и транспортирования зернистого материала в горизонтальном трубопроводе. ИФК, т. 70. №10,1964, с. 62-66.

92. Стернин Л.Е. , Шрайбер A.A. Многофазные течения газа с частицами. -М.: Машиностроение, 1994. 320 с.

93. Стернин Л.Е. Основы газодинамики двухфазных течений в соплах. — М.: Машиностроение, 1974. 212 с.

94. Страхович К.И. Основы теории и расчеты пневматических транспортных установок. ОНТИ М.-Л., 1934, с. 112.

95. Теоретические исследования пневматического распределения гранул химического удобрения. М., 1972. Перевод Ц-73576.

96. Угорчук A.B., Гришин A.A. Характеристики основных составляющих пневматических централизованных высевающих систем. // Технологии и средства механизации полеводства.-Зерноград, 2002.-С. 28-31

97. Урбан Я. Пневматический транспорт. М., Машиностроение, 1967,с. 256.

98. Фархутдинов И.М. /Моделирование рабочих поверхностей корпусов плугов В САПР/ Фархутдинов И.М. Мударисов С.Г., Муфтев В .Г.// Материалы XL VIII международной научно-практической конференции

99. Достижения науки — агропромышленному производству». 4.4. Челябинск: ЧГАУ, 2009 С.143-148.

100. Цибаров В.А. Кинетический метод в теории газовзвесей. — СПб:Изд-во СПбГУ, 1997. 192с.

101. Шваб В.А. Об основных закономерностях сопротивления в горизонтальных трубах при пневматическом транспорте. В об. тр. ТЭИИТ. 1960, т. 29, с. 5-66.

102. Шевырёв Л. Ю. Совершенствование процесса дозирования семян зерновых культур сеялкой с централизованным высевом : Дис. . канд. техн. наук : 05.20.01 : Ростов Н/Д, 2004 159 с.

103. Электронный ресурс http: // www.usfeu.ru / generaMnfo / faculties / mtd / Uchebniki/PTM/PTM2

104. Электронный ресурс www.nauka-shop.com / mod / shop / productID /30559/

105. Электронный ресурс 1 http://www.prosushka.ru/53-svojstva-sypuchix-materialov.html.

106. Электронныйpecypc2 http://www.wood.ru/ru/othod05.html.

107. Электронный ресурсЗ http://ru.wikipedia.org/wiki/%D6%E5%EF%ED%E0%FF%EB%E8%ED%E8% FF

108. Электронный pecypc4 http://www.agrocaravan.ru/articles/articlel/

109. Электронный ресурсб http://www.rae.ru/ru/publishing/mono0132.html

110. ЭлектронныйО ресурс http://window.edu.ru/window/library/pdf2txt7p id—13893&р page=l 1.

111. Buffalo Ridge Runner. Fleischer Mfg.

112. Clevenger, W.B. & Tabakoff, W., 1976, "Dust Particle Trajectories in Aircraft Radial Turbines," AIAA Journal, pp. 786-791.

113. Crowe C.T. Numerical models for dilute gas-particle flows // Jornal of Basic Engineering. 1982. V. 104. №3. P. 297-303.

114. Demes by A pneumatics mitraguos rook a.

115. Elghobashi S. Particle-laden turbulent flows: direct simulation and closure models //Appl. Scient. Res. 1991. V.48. P.301-314.

116. Elghobashi S. Particle-laden turbulent flows: direct simulation and closure models //Appl. Scient. Res. 1991. V.48. P.301-314.

117. Gosman A.D. Ioannides E. Aspeckt of computer simulation of liquid-fueled combustors // AIAA Paper. 1981/ №81-0323. 12 p.

118. James, P.W., Hewitt, G.F. and Whalley, P.B., "Droplet Motion in Two Phase Flow," Proc. of the ANS/ASM/NRC Inst. Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermohydraulics, Report NUREG/CP-0014, pp. 1484-1503.

119. Torobin L.B., Gauvin W.H. // Can. J. Chem. Eng. 1959. Vol. 37. N 4. P. 129-141.

120. CTeiiHa (Stein) Schmehl, R., Rosskamp, H., Willmann, M., and Witting, S., 1999, "CFD Analysis of Spray Propagation and Evaporation Including Wall Film Formation and Spray/Film Interaction," Int. J. of Heat and Fluid Flow 20, pp. 520-529.

121. C.T. Hammond. The tasxers pateson MKB fertispread // Power Farm, 1972, №3.