ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ІВАНА ПУЛЮЯ

ЧВАРТАЦЬКИЙ ІГОР ІВАНОВИЧ

УДК 631.331.85

ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ТА РОЗРОБКА МЕХАНІЧНИХ АПАРАТІВ ТОЧНОГО ВИСІВУ НАСІННЯ

05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Тернопіль – 2007

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано у відокремленому структурному підрозділі Національного аграрного університету “Бережанський агротехнічний інститут” Кабінету Міністрів України

Науковий

керівник | доктор технічних наук, професор

Гевко Богдан Матвійович,

Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя,

завідувач кафедрою “Технологія машинобудування”, Заслужений винахідник України.

Офіційні

опоненти: |

доктор технічних наук, професор

Морозов Іван Васильович,

Харківський національний технічний університет

сільського господарства ім. П. Василенка,

професор кафедри сільськогосподарських машин.

кандидат технічних наук, доцент

Гаврилюк Григорій Романович,

Національний аграрний університет,

доцент кафедри сільськогосподарських машин.

Захист відбудеться “21” грудня 2007 р. о 12 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 58.052.02 у Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, /79.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56.

Автореферат розісланий “19” листопада 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради к.т.н., доц. Попович П.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В структурі рослинництва України зернові, колоскові й технічні культури займають провідне місце та відіграють основну роль в забезпеченні населення продуктами харчування, а промисловості – сировиною.

За останніх сім років в Україні середньорічний валовий збір зерна становив 29,2 млн. т при загальній потребі 40–45 млн. т. Тому, на нинішньому етапі реформування аграрного сектору країни важливим завданням є широке застосування високопродуктивних сортів зернових культур та впровадження інтенсивних і ресурсоощадних технологій їх вирощування.

Удосконалення існуючих способів сівби та технічних засобів точного висіву дозволить більш як у два рази зменшити норму висіву, а за рахунок створення оптимальних умов для проростання насіння й розвитку рослин – підвищити врожайність зернових культур на 10–15%.

У зв'язку з цим, дисертаційне дослідження, спрямоване на розробку технологічного процесу та обгрунтування параметрів механічних апаратів точного висіву насіння (АТВН) технічних і зернових культур на основі ресурсоощадних технологій, є актуальним і має важливе народногосподарське значення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проведено відповідно до тематики відокремленого структурного підрозділу Національного аграрного університету “Бережанський агротехнічний інститут” і ВАТ “Тернопільський комбайновий завод”, є складовою частиною наукової теми “Розробка і дослідження ресурсозберігаючих технологій в галузі сільськогосподарського машинобудування на 2003-2007 рр., (№ державної реєстрації 0102U002299), а також відповідно до державної науково-технічної програми ДНТП з “Пріоритетних напрямків науки і техніки”, які реалізуються в рамках Постанови Кабінету Міністрів України №1341 від 1 грудня 1997р. “Про розвиток сільськогосподарського машинобудування і забезпечення агропромислового комплексу конкурентноздатною технікою”.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи – підвищення точності та повноти висіву технічних і зернових культур механічним висівним апаратом на основі ресурсозберігаючих технологій.

Для досягнення мети в роботі поставлені такі задачі:

- провести конструктивно-технологічний аналіз схем висівних апаратів однозернинного висіву насіння технічних і зернових культур, на основі якого розробити нові конструкції механічного дискового та черпакового висівного апаратів точного висіву;

- встановити закономірності руху зернин по рухомій конічній поверхні висівного апарату, а також визначити складові швидкодії абсолютного прискорення частинок під час руху по поверхні кожуха під дією висівного диска;

- вивести аналітичні залежності процесу заповнення насінинами комірок дискового висівного апарату, розміщених по його периферії, та вивантаження їх клиновим механізмом;

- теоретично обгрунтувати кінематичні та конструктивні параметри висівних дисків з комірками, а також визначити величину сили виштовхування зернин залежно від сили тяжіння в АТВН, що діє на зернину, коефіцієнтів тертя, радіуса розміщення комірок в диску та швидкості обертання останнього за умови непошкодження і нетравмування насінин;

- теоретично обгрунтувати процес подачі зернин в зону висіву черпаковим механізмом і вивести аналітичні залежності його розрахунку;

- розробити математичну модель точного висіву насінин дисковим висівним апаратом із визначенням параметрів комірок;

- спроектувати та виготовити дисковий АТВН для точного висіву дражованого й недражованого насіння цукрових, кормових буряків і гороху, а також стенди для дослідження характеристик цих апаратів і їх приводів;

- провести комплекс експериментальних досліджень і розробити практичні рекомендацій щодо вибору конструктивних, кінематичних і технологічних параметрів АТВН;

- вивести регресійні залежності для визначення показників якості рівномірності розміщення насінин в рядки на основі синхронізованої роботи висівного диска та насіннєукладчика;

- розробити інженерну методику проектування АТВН з техніко-економічним обґрунтуванням порівняно з пневматичними висівними апаратами.

Об’єкт дослідження – процеси та апарати точного висіву технічних і зернових культур.

Предмет досліджень – параметри процесу однозернинного відбору насіння механічним дисковим АТВН із клиновим вивантажувальним механізмом.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проведено з використанням методів теоретичної механіки, математичного аналізу та статистики. Для обґрунтування раціональних конструктивно-технологічних параметрів висівного апарату використано методи дослідження операцій і вибору раціональних технічних рішень. Апробація розроблених алгоритмів, програм і методик проводилася методом комп’ютерного моделювання. Для проведення експериментальних досліджень застосовано метод математичного планування експерименту з виведенням рівнянь регресії повноти висіву.

Наукова новизна отриманих результатів:

- встановлено закономірності руху зернин по рухомій конічній поверхні висівного апарату, а також визначено складові швидкості і абсолютного прискорення частинок при їх русі по поверхні кожуха під дією висівного диска;

- удосконалено аналітичні залежності процесу заповнення насінинами комірок дискового висівного апарату, розміщених по його периферії, та вивантаження їх в насінепровід клиновим механізмом;

- вперше теоретично обгрунтувано кінематичні та конструктивні параметри висівних дисків із комірчинами, а також визначено залежності сили виштовхування зернин від сили тяжіння, що діє на зернину, коефіцієнтів тертя, радіуса розміщення комірок в диску та швидкості обертання останнього;

- теоретично обгрунтувано технологічний процес однозернинної подачі зернин в зону висіву черпаковим механізмом із встановленням залежності зміни кута повороту плеча черпака, а також зміни лінійних швидкостей;

- одержала подальший розвиток математичну модель точного висіву насінин дисковим висівним апаратом з визначенням параметрів комірок.

Практичне значення отриманих результатів:

- розроблено конкурентноздатні АТВН з клиновим вивантажувальним механізмом, а також насіннєукладчик, який забезпечує гасіння горизонтальної швидкості насіння;

- спроектовано та виготовлено стенд для дослідження характеристик цих апаратів і методику розрахунку;

- розроблено конструкції АТВН важільного і щілинного типу і методики їх розрахунку;

- розроблено технологічні передумови проектування висівного диска і насіннєукладчика, які доцільно виготовляти з поліаміду ненаповненого марок ПА-6 або ПА-12.

Отримані результати впроваджено на ВАТ "Ковельсільмаш", а також в навчальний процес підготовки фахівців освітньо-кваліфікаційного рівня бакалавр за спеціальністю 7.091902 "Механізація сільського господарства" та використовуються для викладання дисциплін: “Технологія сільськогосподарського машинобудування”, “Деталі машин”, “Піднімально-транспортні машини”, “Сільськогосподарські машини” в відокремленому структурному підрозділі Національного аграрного університету “Бережанський агротехнічний інститут”. Технічну новизну розроблень захищено шістьма деклараційними патентами України на винаходи.

Особистий внесок здобувача.

Основні теоретичні та експериментальні дослідження за темою дисертаційної роботи виконані автором самостійно [1-5]. У працях, опублікованих у співавторстві [6, 7, 8, 9], автором обґрунтовано параметри висівних апаратів і стенда для дослідження їх характеристик. У працях [10-15] здобувачем виведено аналітичні залежності для розрахунку конструктивних параметрів апаратів точного висіву та насіннєукладчиків, а також проведено синхронізацію роботи висівного апарату та насіннєукладчика. Здобувачем також запропоновано основні елементи конструкції апаратів точного висіву насіння технічних і зернових культур, стендове обладнання для дослідження характеристик цих апаратів [16–21].

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати роботи доповідались і обговорювались на науково-технічних семінарах і наукових конференціях: відокремленого структурного підрозділу Національного аграрного університету “Бережанський агротехнічний інститут”; Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя “Прогресивні матеріали, технології та обладнання в машино- та приладобудуванні” (2005-2007 рр.); Міжнародних науково-практичних конференціях: “Проблеми землеробської механіки” у Харківському Національному технічному університеті сільського господарства імені П.М. Василенка (2003, 2007); Луцькому державному технічному університеті (2006, 2007), Кіровоградському національному технічному університеті (2007) і Національного аграрного університету (2006-2007).

Публікації. Результати наукових досліджень викладено в 21 наукових працях, 15 статтях наукових журналів і збірників наукових праць, як фахових, з яких – 5 одноосібних, 6 деклараційних патентах України, трьох тезах наукових конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п’яти розділів, загальних висновків і рекомендацій, списку використаних джерел із 117 найменувань, з них – 12 іноземною мовою та 8 додатків. Загальний обсяг дисертації становить 186 сторінок, в тому числі 148 сторінок основного тексту, 69 рисунків і 7 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі подано загальну характеристику роботи, обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету, задачі досліджень і основні положення, викладено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі проведено аналіз стану сучасних технологій сівби технічних і зернових культур, конструктивно-технологічний аналіз висівних апаратів та наведено огляд наукових досліджень з однозернинного висіву насіння.

Проблемами однозернинного висіву насіння займались ряд видатних вчених. Основна їх увага приділялась теоретичним і експериментальним дослідженням процесу однозернинного відбору насіння з бункера, підвищенню надійності утримання насіння в комірчинах під час транспортування висівним елементом, створенню умов для стовідсоткового розвантаження комірчин, розробці ефективних робочих органів та обгрунтуванню їх раціональних параметрів. На основі цих досліджень було розроблено теорію процесу висіву, вагомий внесок в яку зробили академіки Ф.Є. Колясєв, Н.А. Майсурян, Л.В. Погорілий, В.П. Саблин, І.І. Синягін, І.В. Якушкін, П.А. Чорномаз, а також такі видатні вчені як Е.А. Беляєв, С.В. Кардашевський, А.П. Карпенко, В.Е. Комаристов, М.Н. Лєтошнєв, В.М. Гармашов, А.М. Селіванов, І.В. Морозов, Г.Р. Гаврилюк, В.М. Гриньов. В.М. Ґудзь, М.С. Шведик, О.М. Решетило, О.М. Степанюк і ряд інших.

Якість роботи висівних апаратів оцінюють за повнотою та рівномірністю розподілу насіння на площі поля, однак традиційні методики є досить працемісткими та вимагають значних затрат часу.

У результаті проведеного аналізу існуючих літературних джерел і патентної інформації обґрунтовано та викладено мету, наукову новизну та завдання роботи.

У другому розділі теоретично обгрунтовано параметри руху посівного матеріалу по обертовим конусним і плоским поверхням. З використанням принципу Даламбера рівняння руху для відокремленої зернини, що переміщується із просковзуванням по поверхні диска, має вигляд:

, | (1)

де та – відповідно вектори сил нормальної реакції конусної поверхні диска висівного апарату і сили тертя від її дії (рис.1),

Рис.1. Розрахункова схема руху насінини по поверхні висівного диска | {sinв;0;cosв},; де m - маса частинки; в – кут при вершині конуса диска; - абсолютне прискорення зернини; - вектор сили земного тяжіння; м - коефіцієнт тертя ковзання зернини по поверхні диска.

Визначено складові швидкості v та прискорення a зернини під час її ковзання по поверхні кожуха під дією диска в циліндричній системі координат:

; vи=с?dи/dt=с; vz=(dс/dt)ctgв=ctgв; ; ; ,

де с, та - відповідно радіальний параметр зернини, її швидкості та прискорення с=D/2; и, та - відповідно кутові параметр розміщення, швидкості та прискорення зернини в системі Oсиz; 2в- кут конуса диска.

Відносна швидкість зернини по поверхні диска дорівнює:

. | (2)

де і - складові відносної швидкості.

Ковзання зернини по обертовому диску описується системою двох диференціальних рівнянь другого порядку відносно змінних с і и в полярних координатах:

б1с/(maс-Gс)= б1и/( maи-Gи)= б1z/(maz-Gz), | (3)

де - направляючі косинуси рівнодійної.

Тоді ={бpN; биN; бzN}.

В розгорнутому вигляді система рівнянь для числового визначення траєкторії руху зернини по обертовій конічній поверхні має вигляд: |

(4)

де g - прискорення вільного падіння.

У випадку падіння зернини з висоти на поверхню конічного диску траєкторію відскоку досліджено за допомогою спеціального програмного забезпечення, що моделює взаємодію круглих частинок із обертовою поверхнею робочого органу. Встановлено, що частинка з початковими нульовими кутовою та лінійною швидкостями при взаємодії з рухомою поверхнею обертового диска висівного апарату через соті долі секунди переходить від режиму ковзання до режиму кочення, який досліджено за допомогою вказаного програмного забезпечення.

точнення траєкторії руху некруглої (еліпсоїдної) зернини St(ш) залежно від кута повороту ш частинки проведено за законом збереження енергії для зернини під час кочення:

=mgДh, (5)

де vc - швидкість руху центра мас зернини; I - момент інерції еліпсоїда навколо центральної вісі обертання; kt - дисипативний коефіцієнт розсіювання енергії; Дh - рівень розміщення зернини по висоті робочої зони, Дh =-y0c.

Ця залежність зображена на рис.2

Рис. 2. Залежність пройденого шляху від кутового провороту еліпсоподібної зернини

Траєкторія руху виділеного масиву – коло з діаметром D0 і відповідно с=D0, при цьому зернина має лише один незалежний параметр и, який визначається з рівняння її руху з використанням принципу Даламбера:

, | (6)

де та відповідно вектори сил нормальної реакції циліндричної поверхні кожуха і сили тертя від її дії, F2=м2N2.

Вектор рівнодійної реакції поверхонь диска (i=1) та циліндричного кожуха (i=2) у полярній системі координат дорівнює:

={бpiNi; биiNi; бziNi}.

Для розглядуваного випадку б1={cosв; м1; sinв}; б2={–1;-м2;0}. Складові швидкості та абсолютного прискорення зернини під час її руху по поверхні кожуха під дією диска vp=0; vи=u?dи; vz=0; ; ; az=0. Відповідно рівняння (6) записано у вигляді: |

(7)

Визначено відповідно реакції поверхонь диска та кожуха:

N1=mg/sinв; N2=m(D0/2+gctgв).

Отримане рівняння руху зернини в розгорнутому вигляді має вигляд: –

2м1g/(D0sinв)+ м2(+2gctgв/ D0)=0. | (8)

При встановленому русі, коли =0, кутова швидкість кругового руху зернини (за умови <щ) дорівнює:

. | (9)

Аналіз рівняння (9) свідчить, що кутова швидкість кругового руху зернини, як матеріальної частинки, не залежить від кутової швидкості диска у визначеному діапазоні кутових швидкостей.

Проте, для насіння сферичної форми внаслідок його перекочування, реальна кутова швидкість обертання масиву насіння щp змінюється в межах ?щp?щ..

Для визначення сили та швидкості виштовхування зернин із висівного апарата побудовано розрахункову схему (рис.3).

Величину сили виштовхування зернин у насіннєпровід визначено за формулою:

, (10)

де - сила виштовхування зерна при зачеплені із клином, Н; - сила виштовхування зерна при зачеплені із диском, Н; - сила інерції, Н.

Силу, що діє на насінину при обертанні диска визначено за залежністю:

Pоб=M/R, (11)

де М - крутний момент на диску; R - радіус розташування зернини.

Силу тертя зернин визначено за залежністю:

, (12)

де і - відповідно нормальні складова рівнодійної реакції поверхонь клина та диска на зернину; f1- коефіцієнт тертя між зерниною і клином, f1=tgц1, де ц1 - кут тертя.

Складова сила дорівнює:

, (13)

де г1- кут при основі канавки на диску.

Силу тертя визначено за залежністю ,

де f2 - коефіцієнт тертя між зерниною і канавкою, f2=tgц2, де ц2 - кут між зерниною і диском, град.

, (14)

. (15)

Сила інерції дорівнює:

, (16)

де n- частота обертання диска, об/с; m- маса зернини, кг.

Проекції для визначення складових сил на вісь х (рис.3) дорівнюють:

,        . (17)

Силу виштовхування в напрямку осі х з врахуванням рівняння (14),(15),(16), визначено за формулою:

+4р2n2mR. (18)

Швидкість виштовхування зернини з висівного апарату визначено за формулою:

, (19)

де Vg- швидкість руху зернини у диску м/с; Vg=2рnR.

Провівши відповідні перетворення, отримали:

. (20)

Продуктивність висівного апарата точного висіву визначали з залежності:

N=kn, (21)

де k- кількість отворів в диску, шт;

n- частота обертання диска, об/хв.

В процесі обертання висівного диску на насінину (рис.4) діють сили: PT - вертикальна сила тиску, Н; Pвід - відцентрова сила, Н; Ртер - сила тертя, Н.

При перебуванні насінини у горизонтальній комірці диска бічна сила тиску відсутня. Силу вертикального тиску визначено за формулою:

PТ=увS=kдgh , (22)

де ув - вертикальний тиск зернового шару в бункері, Па; Sz – площа горизонтальної проекції насінини, м2; kд - поправочний коефіцієнт, що враховує динамічність навантаження; р – щільність насіння в бункері; мм; h – висота зернового шару в бункері, мм.

Підставивши значення і S в рівняння (22) отримано:

PT= kдpgh , (23)

де d – діаметр насінини, мм.

Відцентрову силу інерції визначено за формулою:

Pвід =тщ2r, (24)

де m – маса насінини, кг; щ – кутова швидкість обертання диска, с-1; r – радіус розміщення насінини в диску, м.

Силу тертя визначали з залежності

Ртер = PT f, (25)

де f – коефіцієнт тертя між насінинами.

Результуючу силу, що діє на зернину, визначено за залежністю:

. (26)

В третьому розділі представлено технологічну схему механічного апарату точного висіву насіння, зображену на рис.5. Для точного розміщення насінин у ґрунті необхідно синхронізувати подачу насіння висівним диском і укладання зерен в борозну розподільчим диском із лопатками. Це досягнуто вибором однакової кількості впадин висівного диска та лопаток розподільчого диска, які обертаються з однаковою швидкістю, за умови, що це співвідношення є кратним: наприклад, кількість лопаток кратна цілому числу.

Синхронність роботи цих двох механізмів досягається за умови:

n2Z1 = n3Z2, (27)

де n2 і n3 – відповідно кількість обертів висівного диска і диска укладання насінини в борозну; 1 і 2 – відповідно кількість впадин висівного диска і еластичних лопаток диска укладання насінин в борозну.

Кількість еластичних лопаток розподільчого диска визначено за умови синхронізації роботи висівного апарату та насіннєукладчика:

. (28)

Для забезпечення синхронізації роботи сівалки згідно її кінематичної схеми, узгоджено передаточні відношення: між прикочуючим колесом і диском укладення насіння та між привідним колесом і обертовим диском апарата видачі насіння.

Рис. 5. Технологічна схема сівалки точного висіву з гасником горизонтальної швидкості (а), конструкція висівного апарату (б):

1 – опора; 2 – стійка; 3 – корпус; 4 – кронштейн; 5 – висівний апарат;

6 – висівний диск; 7 – насіннєпровід; 8 – насінини; 9 – корпус; 10 – лопатки насінеукладчика; 11 – прикочуюче колесо; 12 – загортач; 13 – клин-виштовхувач; 14 – вал; 15 – сошник; 16 – корпус; 17 – комірка, 18 – переднє колесо

На рис.6 зображено апарат точного висіву насіння з клиновим вивантажувальним механізмом зернин з відповідних комірок. При цьому зовнішній діаметр висівного диска склав 100мм, кількість висівних комірок 24 і швидкість обертання висівного диска доцільно вибирати з умови лінійної швидкості комірок в межах 1,8–2,2 м/с, а товщина клина становить 1,5–2мм, при куті нахилу 15–20°.

Технічна характеристика стенду:

Nдв=1,1кВт; n=930об/хв; Dстенда=1500мм.

Діапазон швидкості руху висівного апарату 0,5-4 м/с.

На рис.7 представлено конструкцію стенду для дослідження характеристик АТВН.

Рис. 6. Апарат точного висіву насіння в грунт: 1 – рама; 2 – опорні колеса;

3 – привід; 4 – привідний вал; 5 – насіннєукладчик; 6 – бункер

а) |

б)

Рис. 7. Стенд для дослідження якості посіву насіння (а) і його кінематична схема (б):

1 – рама; 2 – поворотний стіл, 3 – верхня балка; 4 – рамка;

5 – електродвигун; 6 – проміжний блок, 7 – привідний ролик; 8 – АТВН;

9 – привідне колесо; 10 – відеокамера; 11 – прогумована тканина

В четвертому розділі наведено результати лабораторних досліджень з визначення впливу кутової швидкості обертання висівного елементу на повноту висіву насіння цукрових буряків різних фракцій і гороху вздовж рядка, побудовано графічну залежність, наведену на рис.8.

З графіка видно, що кутову швидкість доцільно вибирати в межах 1,8-2,2 с-1 і те, що повнота висіву насіння цукрових буряків більша, ніж гороху.

Це пояснюється тим, що розмір насінини гороху є більшими, і тому необхідно більше часу для їх вивантаження з комірчини в розвантажувальну зону для подачі в насіннєпровід.

Результати досліджень з визначення впливу висоти зернового шару в бункері висівного апарату на повноту висіву насіння буряків різних фракцій і гороху вздовж рядка наведено на рис.9.

При проведені експериментальних досліджень діапазон значень висоти зернового шару в бункері висівного апарату знаходився в межах 0,05-0,95м.

Аналіз графіків показує, що зменшення висоти зернового шару в бункері висівного апарату з 1 м до 0,4 м на повноту висіву насіння вздовж рядка не впливає, також і подальше її зменшення до h=0,1м не має суттєвого впливу на рівномірність висіву, однак, зменшення висоти насіння в бункері нижче 0,1 м викликає різке зниження рівномірності висіву. Це зумовлено тим, що для висоти рівня насіння в бункері висівного апарату, що не перевищує 0,1 м, величина сили тиску зернового шару є недостатньою, щоб спричинити рух насіння до комірчини, внаслідок чого вона залишається порожньою і висів відбувається з пропуском. Таким чином, з метою забезпечення стовідсоткового заповнення комірчини насінням необхідно, щоб висота зернового шару в бункері висівного апарату не була нижчою 0,1 м. При цьому повнота висіву складає 94-98%, що є в межах норми.

За результатами лабораторних досліджень з визначення впливу довжини дуги охоплення висівного елементу насінням на повноту його висіву вздовж рядка з радіусом розміщення комірчин на поверхні висівного елементу R=0,05 м побудовано графічну залежність, наведену на рис.10.

Аналіз графіка показує, що із зростанням довжини дуги охоплення висівного елементу насінням з 0,01 м до 0,25 м рівномірність висіву насіння   

вздовж рядка різко зростає і для довжини дуги охоплення висівного елементу L=0,05 м досягає максимального значення, яке становить для насіння цукрових буряків фракції 3,5-4,5мм з=0,97, гороху з=0,96; цукрових буряків фракції 4,5-5,5мм з=0,95 і кормових буряків з=0,95, що підтверджує результати теоретичних досліджень.

Для побудови вибраної апроксимуючої математичної моделі вихідними змінними факторами ПФЕ 33 приймали:

- у першому випадку: кут нахилу висівного диска б, кутову швидкість обертання диска щ та кут канавки висівного диска г, які кодували відповідними індексами x1, x2, x3;

- у другому випадку: висоту зернового шару в бункері h, радіус розміщення висівних комірчин R і довжину дуги висівного елементу L, які кодували відповідними індексами x4, x5, x6.

На основі проведеного комплексу експериментальних досліджень виведено рівняння регресії для повноти висіву насіння залежно від зазначених факторів.

На рис. 11. представлено поверхні відгуків повноти висіву насіння.

а) |

б)

Рис. 11. Поверхні відгуку залежності повноти висіву насіння і відповідно від (а) кутової швидкості обертання висівного диска щ і (б) кута канавки висівного диска г і від кута нахилу висівного диска б (г= 200; h= 0,1 м; R= 0,05 м; с= 650 кг/м3при б=400; h=0,1м; R=0,05м; с=650кг/м3

На основі викладеного можна зробити висновок, що для забезпечення стовідсоткового заповнення комірчин насінням довжина дуги охоплення висівного елементу насінням при R1= 0,05 м, щ=2c-1 повинна становити не менше 0,05 м.

В п’ятому розділі наведено АТВН, технологічні передумови його проектування зі зменшеною масою порівняно з базовими конструкціями на 32-40%. В результаті техніко-економічного обґрунтування встановлено, що при використанні одного нового посівного агрегату річна економія грошових засобів на прямих експлуатаційних витратах складає 1034,89 грн, питомі капіталовкладення у сфері експлуатації знижуються практично на 31 грн/га, собівартість посівних робіт – на 7 грн/га, а питома матеріаломісткість технологічного процесу – на 1,3 кг/га.

Рис.12. Конструкції висівних дисків апарату точного висіву насіння з різними конструктивним виконанням комірок під зернини цукрових, кормових буряків і гороху різних фракцій.

1 – висівні диски; 2 – комірки під зернини; 3 – круговий паз для встановлення клина, що виштовхує зернини з висівного диска.

ВИСНОВКИ

1. У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове технічне вирішення наукової задачі, яка полягає у підвищенні точності та повноти висіву високоточного однозернового висіву насіння технічних і зернових культур механічним апаратом з висівним диском, по периферії якого розміщені комірки під зернини, які виштовхуються клином у насіннєпровід. Розроблено принципово нові механічні схеми висівних апаратів системи однозернинного відбору насіння та розвантаження комірчин клиновим або важільним механізмами, що підвищують ймовірність розвантаження насінин, усувають їх механічне пошкодження й укладання насінин насіннєукладчиком в борозду в точно визначені місця без їх хаотичного розкидання. Вирішення проблеми механічного однозернового висіву порівнянно з пневматичним дозволить покращити технологічні, економічні та експлуатаційні показники АТВН.

2. Встановлено закономірності руху зернин по рухомій конічній поверхні висівного апарату, а також визначено складові швидкодії і абсолютного прискорення частинок під час їх руху по поверхні кожуха під дією висівного диска. Вперше розроблено математичну модель точного висіву насіння дисковим висівним апаратом, яка дає можливість визначити силу і швидкість виштовхування зернин із комірок у зону висіву клиновим вивантажувальним механізмом. Встановлено, що кут виходу насінини з комірки до радіуса диска доцільно вибирати в межах 15, величину кута виштовхувального клина доцільно вибирати в межах 15, а діаметр диска висівного апарату доцільно вибирати в межах 100-150мм.

3. Вперше виведено аналітичні залежності процесу заповнення насінням комірчин, розміщених по периферії висівного диска та їх вивантаження клиновим механізмом в зону висіву. Теоретично обгрунтовано кінематичні та конструктивні параметри висівних дисків і комірчин під зернини з примусовим їх переміщенням у зону висіву АТВН, а також величину сили виштовхування зернин залежно від сили тяжіння, що діє на зернину, коефіцієнтів тертя, радіуса розміщення комірок в диску та швидкості його обертання. Встановлено раціональні значення кута нахилу конічного диска, які знаходяться в межах 25-35.

4. Вперше теоретично обгрунтовано умови однозернинної подачі насінин в зону висіву черпаковим механізмом. Встановлено залежності зміни кута повороту плеча черпака при його взаємодії з упором, а також зміни його лінійної та сумарної швидкостей при повертанні навколо осі. Для забезпечення гасіння горизонтальної швидкості при укладанні насінин у борозну в конструкції роботу насіннєукладчика синхронізовано з роботою висівного апарату.

5. Вперше розроблено технологічні передумови виготовлення висівного диска і насіннєукладчика насінин в борозну в необхідних місцях. Виведено аналітичні залежності для визначення частоти обертання насіннєукладчика від діаметра опорного колеса, величину зовнішнього діаметра за умови технологічних і експлуатаційних факторів, а також рекомендовано ці деталі виготовляти з поліаміду ненаповненого марок ПА-6 або ПА-12 з шорсткістю поверхні Ra=6,3мкм, які контактують з насінням у процесі висіву.

6. Для проведення експериментальних досліджень спроектовано та виготовлено дисковий АТВН з серією висівних дисків Ш100мм і кількістю висівних комірок – 24 для посіву насіння гороху, цукрових і кормових буряків різних фракцій, дражованих і недражованих, а також стенд для дослідження характеристик цих апаратів. Технічна характеристика стенду: Nдв=1,1 квт, n=930 об/хв, Dстола =1500 мм; діапазон зміни швидкості висівного апарату 0,5-4 м/сек.

7. В результаті експериментальних досліджень встановлено вплив кута нахилу твірної конусного висівного елементу до його нижньої основи, який складає 25-35 на нерівномірність висіву дражованого насіння цукрових буряків фракції 3,5-4,5 мм і 4,5-5,5 мм; насіння кормових буряків і гороху. Встановлено значення кута нахилу комірок висівного диска, яке складає 12-16, при цьому повнота висіву складає 94-98%, а також встановлено, що із збільшенням кутової швидкості обертання висівного диску до 1,8-2,2 м/с повнота висіву збільшується до 94-98%.

8. Експериментально досліджено вплив висоти шару насіння на повноту висіву дисковим АТВН. Встановлено, що мінімальна висота шару насіння в бункері не повинна бути меншою 0,1 м, при цьому повнота висіву складає 95-98%. Раціональне значення радіуса розміщення комірок у висівному диску складає 0,07 м, при цьому повнота висіву становить 96-98%. Із збільшенням радіуса збільшується маса і, відповідно, відцентрова сила, яка понижує повноту висіву. Досліджено вплив довжини дуги охоплення висівного диска насінням на повноту висіву, при діаметрі диска 100 мм. Із збільшенням довжини дуги охоплення від 0,01 м до 0,25 м повнота висіву зростає і за довжини дуги охоплення 0,05 мм і кутової швидкості =2с-1 становить 96-98%.

9. На основі проведеного комплексу теоретичних і експериментальних досліджень створено конкурентноздатний дисковий АТВН із виштовхувальним клиновим механізмом, розроблено технологічні передумови проектування висівного диска та насіннєукладчика зернин в грунт. Розроблена конструкція дискового АТВН забезпечує зменшення її маси порівняно з базовим варіантом на 32-40%. Встановлено, що використання одного запропонованого АТВН дає річний економічний ефект 1034,89 грн, питомі капіталовкладення у сферу експлуатації зменшуються на 31 грн/га. Технічну новизну розроблень захищено 6 деклараційними патентами України на винаходи. Результати досліджень впроваджено у виробництво. На 18 і 19 Міжнародних виставках – ярмарках “Агро - 2006” і “Агро - 2007” в с. Чубинському Київської області за розробку апарата точного висіву насіння (Пат. № 10433, Бюл. № 11, 2005) і стенда для дослідження якості висіву насіння (Пат. № 19336 ,Бюл.№3, 2006) автор нагороджений грамотою Міністерства аграрної політики України.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Чвартацький І.І. Особливості проектування висівних апаратів точного висіву насіння // Сільськогосподарські машини. Зб. наук. праць. - Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ.-2006.-Вип.13.С.242-247. (13)

2. Чвартацький І.І., Методика розрахунку важільного механізму черпакового апарату сівалки. // Сільськогосподарські машини. Зб. наук. праць. - Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ.-2006.-Вип.14.-С.252-258. (14)

3. Чвартацький І.І., Синхронізація роботи механізмів сівалки однозернового висіву насіння // Сільськогосподарські машини. Зб. наук. праць. - Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ.-2006.-Вип.14.-С.258-263. (15)

4. Чвартацький І.І. Методика розрахунку важільного механізму черпакового апарату сівалки точного висіву насіння // Наукові нотатки. Міжвуз. зб. за напр. “Інженерна механіка”.-Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ.-2006.-Вип.18.-С.419-425. (10)

5. Чвартацький І.І., Результати експериментальних досліджень апаратів точного висіву // Вісник Тернопільського державного технічного університету.- 2007.-Т12, №1.-С98-103 (5)

6. Чвартацький І.І., Грабар А.В. Обгрунтуванн параметрів стенда для дослідження характеристик апаратів точного висіву насіння // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. Петра Василенка.-Харків: Вид. відділ ХНТУСГ.-2006.-Вип.44.-Том 2.-С.280. (16)

7. Білик С.Г., Чвартацький І.І. Розрахунок апарата точного висіву насіння з горизонтальним диском захоплення зернин // Наукові нотатки. Міжвуз. зб. за напр. “Інженерна механіка”.-Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ.-2005.-Вип.17.-С.4-11. (8)

8. Гевко Б. М., Чвартацький І.І. До питання розрахунку апарата точного висіву насіння з гасником горизонтальної швидкості // Вісник Тернопільського державного технічного університету.- 2006.-Т3, №1.-С.52-56. (4)

9. Гевко Б. М., Чвартацький І.І. Розрахунок висівного апарату сівалки точного висіву насіння // Вісник Тернопільського державного технічного університету.-2005.-Т10, №4.-С.58-63. (6)

10. Білик С.Г., Чвартацький І.І., Технологічні передумови проектування деталей апаратів точного висіву насіння // Вісник Тернопільського державного технічного університету.-2007.-Т12, №2.-С.97-101. (4)

11. Гнатьо П.М., Чвартацький І.І. Технологічність конструкції висівного апарату сівалки точного висіву насіння // Науковий вісник Національного аграрного університету.-2006- К.: Вид. відділ НАУ.- с.248.(9)

12. Гевко Б.М., Білик С.Г., Чвартацький І.І., Грабар А.В. Нові типи апаратів точного висіву насіння. // Сільськогосподарські машини. Зб. наук. праць. - Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ.-2006.-Вип.14.-С.55-62. (6)

13. Гнатьо П.М., Чвартацький І.І. Обгрунтування кінематичних параметрів стенда для дослідження характеристик механізмів неперервної подачі заготовок // Вісник Тернопільського державного технічного університету.-2006.-Т11, №4.-С.99 -102. (8)

14. Білик С.Г., Чвартацький І.І., Гнатьо П.М. Удосконалення сівалки точного висіву насіння. // Сільськогосподарські машини. Зб. наук. праць. - Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ.-2006.-Вип.14.-С.3-7. (3)

15. Білик С.Г., Чвартацький І.І. Конструктивно-технологічні основи забезпечення надійності роботи апаратів точного висіву насіння // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. Петра Василенка.-Харків: Вид. відділ ХНТУСГ.-2007.-Вип.51, Том 1.-с.241. (5)

16. Патент №22328 Україна, Механізм точного висіву насіння. Брощак І.І., Гнатьо П.М., Чвартацький І.І., Гевко Р.Б. Заявл. 13.10.2006. Опубл. 25.04.2007. Бюл.№5. 4-с.

17. Патент №10433 Україна, Висівний апарат точного висіву насіння. Гнатьо М.В., Чвартацький І.І. та інші. Заявл. 26.04.2005. Опубл. 15.11.2005. Бюл.№11. 3-с.

18. Патент № 14966 Україна, Апарат точного висіву насіння з гасником горизонтальної швидкості. Гнатьо М.В., Чвартацький І.І. та інші. Заявл. 25.10.2005. Опубл. 15.06.2006. Бюл.№6. 4-с.

19. Патент №17389 Україна, Стенд для дослідження характеристик апаратів точного висіву насіння. Гевко Б.М., Білик С.Г., Чвартацький І.І. та інші. Заявл. 13.04.2006. Опубл. 15.09.2006. Бюл.№9. 3-с.

20. Патент №14591 Україна, Гвинтовий висівний апарат точного висіву. Гевко Б.М., Білик С.Г., Чвартацький І.І. та інші. Заявл. 07.12.2005. Опубл. 15.05.2006. Бюл.№5. 3-с.

21. Патент №19336 Україна, Стенд для дослідження якості висіву насіння. Гнатьо П.М., Чвартацький І.І. Заявл. 05.06.2006. Опубл. 15.12.2006. Бюл.№ 3. 3-с.

Анотація

Чвартацький І.І. Обґрунтування параметрів та розробка механічних апаратів точного висіву насіння. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністтю 05.05.11 машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. – Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя. – Тернопіль, 2007.

Дисертація присвячена теоретичному та експериментальному дослідженню технологічного процесу однозернового висіву насіння із використанням дискового висівного апарату та вивантажувальним механізмом з точним розміщенням насінин в борозну за допомогою насіннєукладчика. Обґрунтовано конструктивно-технологічні параметри висівних апаратів за критеріями повноти та рівномірності висіву.

Розроблено математичну модель точного висіву насіння дисковим апаратом з визначенням сили та швидкості виштовхування зернин з комірок, а також кінематичних і конструктивних параметрів насіннєукладчика. Виведено аналітичні залежності процесу заповнення насінинами комірок дискового висівного апарату залежно від маси матеріалу в бункері, швидкості обертання висівного диска та інших параметрів. Отримано рівняння регресії залежності повноти висіву насіння цукрових буряків і гороху від ряду факторів. Результати лабораторних досліджень та польових випробувань дискового механічного АТВН підтвердили повноту висіву насіння цукрових і кормових буряків різних фракцій в межах 95-98%, при цьому маса висівного апарату зменшилась на 32-40%.

Спроектовано і виготовлено стенд для дослідження характеристик висівних апаратів і дисковий АТВН із змінними дисками та комірками для висіву дражованих і недражованих фракцій насіння буряків і гороху.

Річний економічний ефект від використання одного апарату складає 1034,89 грн.

Ключові слова: насіння, механічні дискові апарати точного висіву; сівалка координатнооднозернового висіву, повнота висіву.

Аннотация

Чвартацкий И.И. Обоснование параметров и разработка механических аппаратов точного высева семян. - Рукопись.

Диссертация на получение научной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 машины и средства механизации сельскохозяйственного производства - Тернопольский государственный технический университет имени Ивана Пулюя.–Тернополь, 2007.

Диссертация посвящена вопросам теоретического и экспериментального исследования технологического процесса однозернового высева семян с использованием дискового высевного аппарата с выгрузочным клиновым механизмом, рычажного и щелевого типа с точным размещением семян в борозду с помощью семяноукладчика. Обосновано влияние конструктивно-технологических параметров этих высевных аппаратов и на полноту и равномерность высева.

Результаты лабораторных исследований и полевых испытаний дискового механического АТВН подтвердили полноту высева семян сахарной и кормовой свеклы разных фракций в пределах 95-98%, при этом масса высевного аппарата уменьшилась на 32-40%.

Для составления уравнений регрессии для полноты высева и построения апроксимующей математической модели переменными факторами полнофакторного эксперимента (ПФЕ 33) принимали:

- в первом случае угол наклона высевного диска б, угловую скорость вращения диска щ и угол канавки высевного диска г, которые кодировали соответствующими индексами x1, x2, x3;

- во втором случае высоту зернового слоя в бункере h, радиус размещения высевных лунок R и длину дуги высевного элемента L которые кодировали соответствующими индексами x4, x5, x6.

В результате экспериментальных исследований дискового АТВН установлено, что угловая скорость вращения высевного диска необходимо выбирать в пределах 1,8-2,2 с-1. установлено, что для обеспечения стопроцентного заполнения лунок семенами необходимо, чтобы высота зернового шара в бункере высевного аппарата была не ниже 0,1м. при этом полнота высева составляет 95-98%, что находится в пределах нормы.

На основе изложенного материала можно сделать вывод, что для обеспечения стопроцентного заполнения лунок семенами длина дуги захвата высевного элемента семенами при R1=0,05м, щ=2с-1 должна быть не меньше 0,05м.

Спроектировано и изготовлено стенд для исследования характеристик высевных аппаратов и дисковый АТВН с переменными дисками и лунками для высева дражованих и недражованих фракций семян свеклы и гороха.

Годовой экономический эффект от использования одного аппарата составляет 1034,89 грн.

На 18-й и 19-й Международный выставках-ярмарках “Агро-2006” и “Агро-2007” в с.Чубинском, Киевской области за разработку аппарата точного высева семян (Пат.№10433, Бюл.№11, 2005г. Украины) и стенда для исследования качества посева семян (Пат. № 19336, Бюл.№7, 2007г. Украины) автор удостоен грамоты Министра аграрной политики Украины.

Ключевые слова: семена, механические дисковые аппараты точного высева; сеялка координатный одно зернового высева, полнота высева.

Annotation

Chvartatskyi I.I. Substantiating the parameters and the working out of mechanical apparatuses of precise sowing. – Manuscript.

Dissertation for the candidate of luences degree (Engineering) in specialist 05.05.11 – Machines and means of mechanization of agriculture. – Ternopil Ivan Pul’uj State Technical University, Ternopil, 2007.

The dissertation is dedicated to solving the problems of theoretical and experimental investigating the technological process of single – grain sowing the seeds using the disc sowing apparatus with unloading wedge mechanism of lever and slit type with precise placing the seeds into a furrow with the help of seeds – layer. The influence of constructive and technological parameters of these sowing apparatuses on the sowing completeness and uniformity is substantiated.

The mathematical model of precise sowing the seeds by means of a disc apparatus to determine the power and velocity of extrusion of grains out of cells and to determine the kinematical and constructive parameters of seeds – layer is developed.

The analytical dependences of the process of filling the cells of