Пневматические высевающие аппараты характерны по физике процесса тем, что единичное семя присасывается к отверстию в непосредственной близости всасывающего поля.

Рассмотрим условие захвата и выноса единичного семени воздушным потоком (см. рис. 1, б).

На семя действуют:

присасывающая сила, Н, воздушного потока

Р=(с₁rSv²) / 2; (15)

сила тяжести, H,

G_c=mg; (16)

сила трения, Н, со стороны массы семян

F=P_ytgj, (17)

где с₁ – безразмерный коэффициент, r - плотность воздуха, кг/м³, S – площадь проекции семени на плоскость, перпендикулярную направлению движения воздушного потока, м², v – скорость воздушного потока, м/с, Р_у – осевое давление в массе семян, Н, j - угол внутреннего трения семян, град.

Условие присасывания семени к отверстию имеет вид

(½) с₁rSv² >mg + P_ytgj (18)

В общем виде присасывающая сила

Р=[(mg+P_y) cosb+(P_xcosb+P_ysinb) tgj+P_ntgj₁]/tgj₁ , (19)

где Р_х — сила бокового давления семян, Н; Р_n — инерционная центробежная сила, Н; j₁ — угол трения семени о диск, град.

Для практических расчетов пневматического высевающего аппарата применяют выражения (20)...(35).

Присасывающая сила выражается через площадь отверстия S₀ и разрежение DР, т. е.

P=k₁DPS₀ (20)

где k₁ — коэффициент пропорциональности (для семян кукурузы k₁ =0,55….1,35).

Разрежение DP подбирают таким образом, чтобы присасывающая сила была в десятки раз больше силы тяжести семян.

Для семян кукурузы DP/mg = 32,0.

Скорость воздушного потока в отверстии диска, м/с,

V=b_a , (21)

где b_a — аэродинамический коэффициент сопротивления отверстия (для отверстий диаметром 0,8...3 мм b_a = 0,7...0,72).

Общий расход воздуха, м³/с,

Q_в=k_прvS₀nN (22)

где k_пр— коэффициент присасывания; n — число отверстий в вакуумной камере; N — число аппаратов.

Коэффициент k_пр = 0,75...0,95 для отверстия диаметром 3 мм при скорости диска 0,41...0,61/с.

Скорость вращения диска, м/с,

Vд=vм(d₀+D l)/ _{l 1} (23)

где v_м – скорость машины, м/с, d_{0 –} диаметр отверстия присасывания, м, D l – перемычка между отверстиями, м, l _{1 –} расстояние между семенами в ряду, м.

Диаметр диска, м,

D_д=60v_м(d₀+D l)/pn_в l ₁ (24)

Число отверстий

Z=pD_дk_p/(d₀+D l), (25)

где k_{p –} число рядов отверстий на диске (k_p=1).

Установлено, что диаметр присасывающего отверстия, м,

D₀ = (0,6...0,7)b_С, (26)

где b _с — средняя ширина семян, м.

Ячеисто - дисковый высевающий аппарат

Ячеисто-дисковые дозирующие устройства, в частности с горизонтальной осью вращения, характеризуются условиями, обеспечивающими западание семян в ячейки. В зависимости от формы семян можно ожидать или скольжения их по рабочей поверхности, или качения-скольжения.

Для западания семян в ячейки диска необходимо учитывать их относительное перемещение, без которого процесс высева невозможен.

Академик В. П. Горячкин предложил скорость движения семени относительно ячейки, м/с, определять так:

U_с=(L-r_c) (27)

где L — длина ячейки, м, г_с - радиус семян, представляемых в виде шара, м

Попадание семени в ячейку возможно при условии

Uк £ (L-r_c) (28)

где Uк _к — критическая скорость движения семени относительно ячейки, м/с.

Диаметр ячейки или ее длина должны быть больше соответствующего размера семени.

Учитывая равномерность распределения ячеек, можно определить их число

Zя=2pRд/(L+ l ₂) (29)

где R_д — радиус диска, м; l ₂ — длина перемычки между ячейками, м

Для обеспечения гнездового посева ячейки группируются.

Тогда

Z_я=[2pR_д - N_r(L_r - l ₂)]/(L+ l ₂) (30)

где N_r — число групп ячеек; l _г — расстояние между группами ячеек, м.

При расчете линейных размеров ячейки необходимо исходить из того, что в нее должно укладываться одно самое большое семя, но не должно помещаться два самых маленьких семени фракции

2a_min > L = b_max + k₁ (31)

гле a_min - минимальная толщина семени, м.; b_max – максимальная ширина семени, м; k₁ – зазор между стенкой ячейки и семенем, м.

Для определения глубины ячейки h_я надо соблюдать условие

2a_min > h_я =a_max + k₂ (32)

где k₂ - зазор между верхней плоскостью диска и зерном, м.

В более общем случае нужно исходить из объемов семян или их средних размеров:

, (33)

где L, В и А — длина, ширина и высота ячейки, м; l _i, b _i, a _i – длина, ширина и толщина семени, м

В реальных условиях работы ячеисто-дискового аппарата на семя (см рис. 5, в) кроме силы тяжести тg действуют силы вертикального F_в и горизонтального F_r давлений, а также силы трения ¦F_r. При таком действии сил семя начинает западать только после смещения его центра тяжести относительно края ячейки на некоторое расстояние d₁. Для свекловичных семян, м,

d₁ = (0,35...0,45) d₂. (34)

Таким образом, условие соблюдения технологического процесса определится так:

u £ u_c + (L - d₁ – d₂/2) (35)

где u – скорость центра ячейки, м/с, u_с – скорость движения семян, м/с

Естественно, что скорость семян всегда меньше окружной скорости диска:

u_c < u.

Ложечно-дисковый высевающий аппарат

У картофелепосадочных машин наибольшее распространение получили ложечно - дисковые аппараты, работающие по принципу вычерпывания. Такой аппарат выполнен в виде диска с расположенными по окружности ложечками. Каждая ложечка снабжена зажимом. С наружной стороны диска на некотором расстоянии от него установлена дугообразная направляющая дорожка (шина).

При вращении диска рычаг зажима набегает на направляющую дорожку и отводит зажим от ложечки. Ложечка входит в слой картофеля и захватывает клубень. Когда она выйдет из слоя, зажим прижмет клубень к ложечке. В зоне сбрасывания зажим освобождает клубень, и он выпадает в приемную горловину сошника.

Таким образом, за один оборот диска происходит законченный цикл работы вычерпывающего аппарата, который складывается из трех фаз: захват клубня ложечкой при ее перемещении в слое; фиксация клубня зажимом и транспортировка к прием ной горловине сошника; освобождение клубня.

От ритмичности выполнения каждой фазы зависит равномерность распределения клубней в рядках.

Частоту вращения диска, мин ^-1, определяют по схеме размещения клубней и скорости машины v_м, т. е.

n_д = 60ν_м m_k / l _kz_n (36)

где т_к — число клубней в гнезде (при рядовой посадке т_к = 1); /_к — расстояние между гнездами (клубнями) в рядке, м; z_n — число ложечек на диске.

Тогда, м,

l_k =10⁴/Mb (37)

где М – норма посадки, шт/га, b – величина междурядья, м.

Предельной частотой вращения, мин ^-1, диска служит

n_пр= 29…30

Частота подачи клубней, шт/с,

V = n_прz_п/60 (38)

Время подачи в сошник, с,

(39)

Передаточное отношение

I = , (40)

где n _д – частота вращения диска, мин^-1;

n _BOM - частота вращения вала отбора мощности, мин^-1.

В момент захвата клубня он не выпадает из ложечки при условии (рис.2.),

G_k·a₀>F_ц·b₀ (41)

где G_k– сила тряжести клубня, H;

F_ц – центробежная сила, H;

a₀ и b₀ - см. рис.2.

Рис. 2. Расчетная схема ложечно-дискового аппарата

Из условия захвата клубня можно определить расстояние, м, от оси вращения до края ложечки r_н = ОА, т. е.

r_н = g tgm^'/ω² (42)

где g — ускорение свободного падения, м/с²;

w — угловая скорость диска, 1/с.

Здесь

tgm`= a_0/b₀, (43)

где m<sup>`</sup> — приведенный угол опрокидывания (по опытным данным m` = 14...30⁰).

Тогда с учетом размера клубня d находят положение внутреннего края ложечки r_в = ОВ, м, т. е.

r_в = r_н – (d+D₁) (44)

где D₁ = 10 ^-2 м — зазор между внутренней поверхностью ложечки и клубнем, необходимый для свободного выпадения последнего.

В картофелепосадочных машинах ложечка выходит с захваченным клубнем из слоя картофеля - в ковше при угле j₀ = 70...80°.

Следовательно, условие не выпадения клубня из ложечки в момент захвата примет вид

Sin(j₀ - g) ³ 2w²r²sinα/gd. (45)

Из последнего выражения видно, что при малых значениях угла поворота диска j₀ клубень стремится выпасть из ложечки, однако этому будет препятствовать слой картофеля в питающем ковше.

Чтобы своевременно клубень фиксировался без выпадения необходимо соблюдать следующее условие:

Sin(j₁ - g₁) £ 2w²r₁ sin α /gd (46)

Установлено значение угла фиксации клубня j₁=90…115⁰. Момент его освобождения зависит от размеров и формы. Если в ложечке находится мелкий клубень, то он освобождается в позиции I. Следующие позиции II и III соответствуют средней и крупной фракциям.

Различный угол освобождения клубня служит причиной переменной высоты его падения и, следовательно, неравномерного распределения при рядовой посадке. На основании расчетной схемы (см. рис. 2), м,

H_I = H_II + rsing₁ (47)

H_III = H_II + rsing_2, (48)

где H_II - высота падения клубня среднего размера, м

g₁ = с (tgb₂ - tgb₁)/ r₁ (49)

g₂ = с (tgb₃ - tgb₂)/ r₁ (50)

Силовой анализ сошниковой группы

В сошнике заканчивается движение семенного зернового потока или потока посадочного материала. Поэтому задача сошника состоит в том, чтобы образовать бороздку определенной глубины, уложить в нее семена или клубни и способствовать закрытию их почвой.

На сошник действуют сила тяжести, сила от натяжения пружины, реакция почвы и равнодействующая всех сил сопротивления.

Для дискового сошника (рис. 3, а) равновесие будет соблюдаться, когда равнодействующая проходит через ось подвеса при выполнении следующего условия:

Rт=Сh + Fп = 0, (51)

где R — равнодействующая всех сил сопротивления, приложенных к сошнику, кН; G – сила тяжести сошника вместе с поводком, кН;

F – сила давления пружины на поводок сошника, кН;

m, h, n — плечи соответствующих сил относительно оси подвеса, м.

Рис. 7. Расчетные схемы сошников посевных и посадочных машин: а..г. — возможные варианты

Однако условие устойчивости сошниковой группы нарушается ввиду изменения величины и направления R, зависящей от физико-механических свойств почвы и микро неровностей рельефа поля.

С учетом действующих сил и моментов при допущении, что переменная составляющая R₁ реакции почвы R изменяется по гармоническому закону, положение сошниковой группы можно характеризовать углом наклона поводка

(52)

где р — частота изменения составляющей R₁, с^-1; I — момент инерции сошниковой группы относительно оси подвеса, кг • м²; w₀ — собственная частота колебаний сошниковой группы, с^-1; g - коэффициент жесткости пружины, кН/м

Тогда, с^-1,

w₀² = kL₀₂n/I. (53)

Здесь

g = b_п/I, (54)

где b_{п –} коэффициент пропорциональности или демпфирования, кН м/с.

Трубчато-лаповый сошник должен в процессе работы находиться в вертикальном положении. В противном случае возрастает колебание сошника и семена будут располагаться в недопустимой зоне разброса: в сухом слое почвы, раскрытой бороздке. Следовательно, необходимо обеспечить соответствующее натяжение пружины (рис. 3, б).

Для определения натяжения пружины можно воспользоваться методом Н. Жуковского и построить план скоростей.

Параллелограммную систему (рис. 3, в) применяют для крепления лап в пропашных культиваторах, сошниках в свекловичных и кукурузных сеялках, а также посадочных машинах.

Реакция почвы на копирующее колесо находится из плана скоростей, совмещенного с нижним звеном параллелограммного механизма. Результирующую определяют из силового многоугольника, принимая для условия устойчивости параллельность ее звеньям механизма подвеса сошника.

Наиболее простой случай — обеспечение устойчивости хода одноповодковой системы (рис. 3, г).

Для расчетов нужно применять значение горизонтальной составляющей R_x реакции почвы R, равной, кН,

R_x = k_пB/n_c, R_z = dR_x, (55)

где k_п - удельное сопротивление машины, кН/м; В — ширина захвата машины м; n_с -- число сошниковых групп; d — коэффициент пропорциональности (d = 0,25...0,35).

Силовой анализ механизма перемещения сошников из рабочего положения в транспортное служит для определения требуемого усилия на исполнительном механизме (например, гидроцилиндр) при переводе рабочих органов (навесной машины) из рабочего положения в транспортное. Для этого необходимо иметь кинематическую схему механизма, выполненную в масштабе, или реально существующий механизм.

Рассмотрим удельное сопротивление машин, кН/м, при скорости до 2,8 м/с:

Сеялка:

зерновая прицепная 1,0…1,5

зерновая навесная 0,96….1,4

овощная навесная 0,5….0,8

свекловичная навесная 0,8….1,2

кукурузная навесная 1,1…1,4

Картофелесажалка навесная 3,0…3,5

Методика определения требуемого усилия изложена в курсовой работе почвообрабатывающие орудия.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: