РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКОГО ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА ДЛЯ ПОСЕВА ПРОРОЩЕННЫХ СЕМЯН ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат наук Лазаренко Яна Сергеевна

• Лазаренко Яна Сергеевна
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Лазаренко Яна Сергеевна

Ключевые слова

Введение

Глава I. Анализ технологий и высевающих аппаратов для посева семян овощных культур

1.1. Ценность овощных культур в растениеводстве

1.2. Технологии посева овощных культур

1.3. Сравнительный анализ высевающих аппаратов на сеялках различного типа

1.4. Агротехнические требования к сеялкам для посева пророщенных семян овощных культур

1.5. Цели и задачи исследования

Глава II. Теоретическое определение главных параметров

гидропневматического высевающего аппарата для пророщенных семян овощных культур

2.1. Конструкция гидропневматического высевающего аппарата

и принцип его работы

2.2. Теоретическое определение скорости перемещения

семени в гидропневматическом высевающем аппарате

2.2.1. Аналитическое обоснование условия захвата семени в гидропневматическом высевающем аппарате

2.3. Теоретическое определение допустимой скорости воздуха

при работе гидропневматического высевающего аппарата

2.4. Определение параметров штуцера для подачи воздуха в

семенную камеру высевающего аппарата

Выводы по главе II

Глава III. Методика экспериментальных исследований процесса посева пророщенных семян овощных культур гидропневматическим

высевающим аппаратом

3.1. Программа проведения исследований

3.2. Методика проведения поисковых опытов

3.3. Методика проведения экспериментальных исследований

3.4. Методика проращивания семян овощных культур

3.5. Методика определения физико-механических свойств пророщенных семян овощных культур

3.5.1. Исследование фрикционных характеристик пророщенных семян

3.5.2. Исследование размерно-массовых характеристик пророщенных семян

3.6. Методика измерения скорости потока воздуха, направляемого в семенной ящик

3.7. Методика определения жесткости пружины

3.8. Исследование критической скорости пророщенных семян овощных культур

3.9. Методика исследования работы гидропневматического высевающего аппарата для посева пророщенных семян

овощных культур

3.10. Методика определения силы прилипания семян

овощных культур

3.11. Методика определения количества крахмала и его качественной характеристики - вязкости

в водно-семенной жидкости

3.12. Методика проведения полевых исследований

Глава IV. Результаты экспериментальных исследований

гидропневматического высевающего аппарата

4.1. Коэффициенты трения покоя и движения

пророщенных семян

4.2. Размеры пророщенных семян овощных культур

4.3. Размеры проросших семян овощных культур

4.4. Размеры ростков семян овощных культур

4.5. Определение критической скорости движения

воздушного потока пророщенных семян овощных культур

4.6. Результаты определения силы налипания пророщенных

семян овощных культур

4.7. Результаты определения наличия крахмала и его характеристики - вязкости

4.8. Результаты исследований влияния конструктивных элементов гидропневматического высевающего аппарата

на пропуск пророщенных семян овощных культур

4.9. Оптимизация конструктивных параметров гидропневматического высевающего аппарата для посева пророщенных семян овощных

культур

4.10. Результаты наблюдений за развитием растений

овощных культур

Выводы по главе IV

Глава V. Определение основных экономических показателей при применении разработанного гидропневматического высевающего аппарата

5.1. Определение затрат на изготовление высевающего

аппарата для посева пророщенных семян овощных культур

5.2. Определение экономической эффективности, полученной в результате использования гидропневматического

высевающего аппарата при посеве овощных культур

Общие выводы и рекомендации по производству

Список используемой литературы

Приложение

Обозначения, принятые в диссертации

] - ускорение семени, м/с 2;

5н - поперечное сечение наконечника пневмопровода, м2;

-5

( в - расход воздуха, м/с;

Яс - радиус сегмента, м;

71д - частота вращения диска, об/мин;

гл - радиус ложечки;

гн - радиус отверстия наконечника, м;

х - скорость движения семени, м/с;

-5

рж - плотность водно-семенной жидкости, кг/м ; р ст - расстояние от оси центра диска до центра поворота ложечки, м; тж - время истечения жидкости, сек;

-2

ф - угловое ускорение при повороте ложечки со стержнем, с ; (ртр - предельное значение угла трения, рад; А I - дуга поворота, м; Лф - угол поворота, рад; Ьс - ширина семени, м;

- изменение слоя жидкости, м; к - коэффициент сопротивления; Ьд - длина дуги поворота ложечки, м; Ьр - длина ростка, м; Ьс - длина семени, м; т1000 - масса 1000 штук семян, г; N - нормальная сила, Н;

р - величина удельного прилипания, 2;

Яв - сила от воздуха, Н;

кк - коэффициент прилипания;

икр - критическая скорость, м/с;

Вп - время проращивания, ч;

Н - высота цилиндра, м;

П - пропуск семян, %;

С - жесткость пружины, Н/м;

Тв - сила сопротивления воды, Н;

Тк - касательная сила, Н;

Тк - сила сцепления, Н;

F - площадь миделевого сечения семени, м 2;

N - мощность, Вт;

- радиус цилиндра, м;

5 — площадь контакта, м2;

Т - сила трения, Н;

и - скорость воздушного потока, м/с;

Л - высота сегмента, м;

I — длина стержня ложечки, м;

и - относительная скорость воздуха, м/с;

f - коэффициент трения;

а - угол наклона плоскости;

у - удельный вес воздуха, кг/м 3;

- толщина семени, м.

Ключевые слова:

- водно-семенная жидкость;

- гидропневматический высевающий аппарат;

- компрессор;

- крахмал;

- легковесные семена;

- налипание семени;

- малый коэффициент трения ложечки;

- малый расход семян;

- однозерновой посев;

- подаваемый воздух;

- проросшее семя;

- пропуск семян;

- разряжение;

- регулировочный кран;

- регулируемая подача воздуха;

- росток;

- семена овощных культур;

- экономическая эффективность.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКОГО ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА ДЛЯ ПОСЕВА ПРОРОЩЕННЫХ СЕМЯН ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР»

Введение

Овощи - крайне емкое понятие, имеющее очень размытые нечеткие границы. Наиболее приемлемое определение овощам было дано профессором В.И. Эдельштейном, называвшим овощами «травянистые растения, возделываемые ради их сочных частей, употребляемых в пищу человеком» [92].

Выращивание огурцов в открытом грунте - самый простой и мало затратный способ, который в то же время может дать неплохой урожай. В овощных севооборотах огурцы размещают после многолетних трав, помидоров, поздней капусты, гороха, а в полевых - после озимой пшеницы, раннего картофеля [58, 92].

Выращивание огурцов — несложная задача, тем не менее эта культура имеет свои требования. Так, например, огурец очень любит свет и влагу, а по отношению к теплу является одной из самых теплолюбивых культур.

Среди овощных культур огурцы наиболее требовательны к органическим и минеральным удобрениям, норма внесения которых зависит от типа почв. На черноземных почвах после удобренных предшественников или по пласту многолетних трав огурцы выращивают после внесения только минеральных удобрений, или минеральных и органических [77].

Для увеличения эффективности выращивания овощных культур и снабжения совершенной механизации технологических процессов, необходимо использование новых технологических приемов и создание специальной сельскохозяйственной техники [47].

Применение прогрессивных технологий и технических средств приведет к получению ранних всходов, повышению урожайности и снижению себестоимости полученной продукции.

Актуальность темы. Поскольку посев пророщенных семян производится в основном вручную и на малых участках, то актуальной остаётся задача по созданию конструкции высевающего аппарата, способного

производить точный однозерновой высев пророщенных семян овощных культур без повреждения их ростков и самих семян.

Разработка высевающего аппарата для посева пророщенных семян бахчевых культур (арбуза и тыквы) учеными: Цепляевым А.Н., Абезиным В.Г., Харлашиным А.В., Русяевой Е.Т. и другими - не обеспечивает требуемой точности высева, расходует большое количество посевного материала. Так как семена овощных культур отличаются от семян бахчевых физико-механическими свойствами, при набухании они образуют большое количество крахмала, который скапливается на их поверхности и создает клееобразную пленку [85]. При взаимодействии с любыми поверхностями деталей высевающего аппарата, как и между собой, пленка прочно удерживает семена на поверхности детали и её отделение возможно только при приложении внешних усилий.

В связи с этим существует необходимость в создании конструкции гидропневматического высевающего аппарата, способного производить точный однозерновой высев пророщенных семян овощных культур, без повреждения их ростков и травмирования самих семян. Решение данной задачи будет способствовать увеличению технико-экономических показателей за счёт экономии семян.

Цель исследования. Разработка и исследование гидропневматического высевающего аппарата для посева пророщенных семян овощных культур, обеспечивающего индивидуальный отбор пророщенных семян и получение ранних равномерно-распределенных всходов.

Задачами исследования поставленной целью являются:

1. выполнить анализ высевающих технологий и высевающих аппаратов для посева семян овощных культур;

2. изучить физико-механические свойства пророщенных семян овощных культур применительно к посеву гидропневматическим высевающим аппаратом;

3. разработать и исследовать схему гидропневматического высевающего аппарата для посева пророщенных семян овощных культур;

4. провести теоретические и экспериментальные исследования, а также обосновать работу гидропневматического высевающего аппарата;

5. определить экономическую эффективность применения гидропневматического высевающего аппарата на посеве пророщенных семян овощных культур.

Объект исследования. Разработка и исследование гидропневматического высевающего аппарата для посева пророщенных семян овощных культур.

Научная новизна работы заключается в разработке гидропневматического высевающего аппарата со специальной пневматической системой для посева легковесных пророщенных семян овощных культур, связанных в группы с повышенным содержанием крахмала в эпидерме семенной кожуры, обеспечивающего индивидуальный отбор семян, что приводит к экономии посевного материала, без повреждения семян и их ростков.

Практическая значимость работы состоит в разработке гидропневматического высевающего аппарата, теоретическом и экспериментальном обосновании его параметров, рекомендациях по посеву пророщенных семян овощных культур, проверке работы гидропневматического высевающего аппарата в полевых условиях.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Усовершенствованный процесс посева пророщенных семян овощных культур.

2. Конструкция гидропневматического высевающего аппарата, защищенного двумя патентами РФ на полезную модель № 113449, № 147811 и патентом РФ на изобретение № 2489835;

3. Аналитические зависимости, определяющие конструктивные и кинематические параметры разработанного гидропневматического высевающего аппарата.

4. Результаты теоретических и экспериментальных исследований разработанного гидропневматического высевающего аппарата.

5. Определение экономической эффективности, полученной в результате использования гидропневматического высевающего аппарата при посеве овощных культур.

Реализация результатов исследования. Испытания

гидропневматического высевающего аппарата для посева пророщенных семян овощных культур проводились на полях колхоза «Заветы Ленина» Октябрьского района Волгоградской области и учебного хозяйства «Горная поляна» ФГБОУ ВПО Волгоградского ГАУ (2011.. .2012 гг.).

Апробация. Результаты проведение исследований по работе докладывались на Международных научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО Волгоградского ГАУ (2010.2012 гг.), представлялись на I Инновационной выставке достижений молодежи Волгоградской области (2011 г.), успешно прошли апробацию в программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» города Волгограда (2011 г.), а также на Всероссийском конкурсе программы «УМНИК на СТАРТ» (2013 г.)., получен диплом третий степени на конкурсе инновационных проектов социально-экономического развития Волгограда «Лучшие инновации - жителям Волгограда» (2014 г.)

Публикации. По материалам исследований опубликовано 7 печатных работ, 3 из них в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, получены 2 патента РФ на полезную модель и 1 один патент РФ на изобретение. Общий объем опубликованных работ составляет 2,13 п.л., из них 1,18 п.л. принадлежит автору.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, рекомендаций производству, списка литературы и приложений.

Работа представлена на 171 странице машинописного текста, содержит 33 таблицы и 68 иллюстрации, 9 приложений. Список использованной литературы включает 121 источника, из них 4 на иностранных языках.

Глава I. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ И ВЫСЕВАЮЩИХ АППАРАТОВ ДЛЯ ПОСЕВА СЕМЯН ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР

1.1. Ценность овощных культур в растениеводстве

Овощи - главный продукт питания. В соответствии с научными данными, рацион человека должен на У состоять из различных видов овощей. Для нормальной жизнедеятельности человеку необходимо употреблять в течение года около 135 кг продукции овощных и бахчевых культур [7].

Огурец и кабачок - однолетние травянистые растения семейства тыквенных. Родина кабачков - Америка (Мексика), где кабачки выращивали за 3000 лет до н. э. В Европе они появились в XVI веке. В настоящее время их выращивают во многих странах мира. По мнению многих ученых огурцы происходят из влажной тропической зоны Индии или Индокитая [118]. На Руси огурец появился предположительно в VIII - IX веках. За многочисленные «заслуги» в 2007 году в г. Шклове (Беларусь) был даже открыт памятник огурцу.

Существенное товарное производство огурца в открытом грунте сосредоточено в южных областях России и Центрально-Черноземном районе.

Огурец - единственный овощ, который мы употребляем в пищу недозрелым. Огурцы и кабачки весьма популярны в составе овощных салатов, а также в засоленном или маринованном виде. В свежем состоянии в течение года плоды используют довольно долго - начиная с весны (тепличные) и до самой осени, когда созревают все виды, посаженные в открытом грунте.

Для перевозки отбирают неперезревшие, здоровые и механически неповрежденные плоды, которые осторожно укладывают в решетчатые ящики [46].

Ценность огурцов обусловливается вкусовыми качествами, способствующими хорошему усвоению пищи, а также присутствием в них ферментов, содействующих пептизации. Наличие в огуречном соке большого количества минеральных соединений щелочного типа обеспечивает нейтрализацию кислых соединений, поступающих в организм человека при

употреблении в пищу мучных, крупяных, мясных, молочных и других продуктов, улучшает усвоение белка. Огуречный сок обладает лекарственными свойствами [111, 118].

Огурец посевной имеет типичное для всех тыквенных строение семени. Эпидерма семенной кожуры однослойная и состоит из радиально удлиненных (палисадных) клеток, содержащих крахмал [85].

Огурцы богаты калием и фосфором, которые препятствуют отложению в почках вредных кристаллических соединений, способствуют их выведению из крови, улучшают работу почек и сердца. Высокое содержание калия улучшает выведение из организма воды и поваренной соли, что очень важно при заболеваниях сердечно-сосудистой системы. Цинк, имеющийся в огурцах, обеспечивает нормальную работу поджелудочной железы [118]. Огурец помогает бороться с отеками. Оптимальное сочетание солей в мякоти и соке огурца незаменимо при болезнях щитовидной железы. В огурцах имеется также кальций, магний, железо, йод и другие элементы, витамины С, А, В1, В2, РР1, пантотеновая, фолиевая кислоты, различные ферменты, необходимые для лучшего усвоения витаминов группы В. Огурец содержит 15% белков, 2% сахаров (фруктозы и глюкозы), 0,75% клетчатки и ароматические вещества [27].

По энергетической ценности плоды огурца, содержащие 95. 96,8% воды, занимают среди овощей предпоследнее место (670 Дж/кг), превосходя лишь салат [93].

Кабачок по питательной ценности приближен к огурцам, зелёному листовому салату и латуку. Кабачки ценны тем, что в них содержатся действенные компоненты, необходимые для правильного питания человека. Они богаты минеральными солями, очень важными для обмена веществ в организме человека. В большом количестве имеются соли калия - 309 мг %, фосфора - 28,2 мг %, кальция - 17,2 мг %, магния - 16,7 мг %, а в меньшем количестве - соли натрия, железа, серы и других. Кроме того, есть в них и микроэлементы - молибден, титан, арсен, алюминий, литий, цинк и др.

Соотношение калия и натрия 150:1, что благоприятно отражается на водном балансе организма и помогает ему освобождаться от излишних жидкостей.

Кабачки содержат различные витамины: 23 мг % витамина С, а также каротин (провитамин А), витамины В1, В2, никотиновую кислоту и другие.

В кабачках содержится небольшое количество органических кислот, их целлюлоза нежная и не вызывает раздражения желудка и кишечника. Этот овощ - хорошая пища для страдающих желудочно-кишечными заболеваниями и больных сахарным диабетом.

Сок из кабачка хорошо успокаивает нервную систему. Отвар из цветков лечит кожные заболевания. Очень полезны кабачки для пожилых людей. Они активируют работу пищеварительного тракта, улучшают функции желудка и кишечника (моторную и секреторную), положительно влияют на обновление крови, препятствуют развитию атеросклероза. Кабачки рекомендуют при гипертонии и заболеваниях почек и печени.

Кабачки — это ещё и мочегонное средство при различных отёках. При этом наиболее полезны кабачки размером 20-25 см, недозрелые, а ещё кабачки имеют противоаллергические, противоанемические и желчегонные свойства. Поможет уменьшить аллергические реакции отвар из цветков кабачка.

Поскольку семена огурца и кабачка легковесны, да и еще эпидерма семенной кожуры содержит крахмал [85], который растворяясь в воде, образует клейкообразную пленку, то возникают значительные трудности с посевом данных культур. Семена в большом количестве налипают на металлические детали высевающего аппарата.

Огурцы и кабачки, как продукт питания, пользуются у народа большим спросом. По популярности с ними могут соперничать разве что капуста белокочанная, томаты и лук репчатый. Огурцы — это символ красоты, элегантности, опрятности. Их привлекательный внешний вид нашел отражение в различных сравнениях, пословицах, поговорках и песнях. «Выглядит как огурчик», — говорят о здоровом, крепком, свежем на вид человеке [94].

1.2. Технологии посева овощных культур

В общем комплексе технологических операций при возделывании сельскохозяйственных культур посеву и посадке принадлежит определенная роль. Посев овощных культур - весьма ответственная операция, поскольку правильно выбранные способ посева, норма высева и глубина заделки семян любой культуры в зависимости от сложившихся климатических и определенных почвенных условий определяют будущий урожай. Высококачественный посев позволяет окупить большие затраты труда и денежных средств при подготовке почвы к посеву [69]. При посеве сеялками семена размещают в продольном а (рис. 1.1), поперечном в и вертикальном И направлениях. При этом стараются организовать необходимые и полные условия для развития оптимальной густоты растений и получения запрограммированного урожая [2, 114].

а

1- колесо; 2,3 - звездочки; 4 - редуктор; 5 - вал; 6 - бункер; 7 -ворошитель; 8 - высевающий аппарат; 9 - семяпровод; 10 - сошник; 11 -

лапа-сошник; 12 - борона Рисунок 1.1 - Схема технологии посева овощных культур

В зависимости от почвенно-климатических условий семена высевают по ровной поверхности или профилированной. Часто распространен посев по

ровной поверхности. При излишней влажности почвы семена заделывают в вершинах гребней. На участке, определенном для полива, семена сеют на ровной поверхности с одновременной нарезкой поливных борозд. В засушливой зоне семена пропашных культур высевают в борозды, чтобы заделать их во влажную почву. На почвах, подверженных ветровой эрозии, сеют по стерне, защищающей молодые всходы от ветра, а почву от выдувания [60].

При выборе участка необходимо строго учитывать биологические особенности огурцов и кабачков - тепло- и влаголюбивых культур. Лучше всего размещать на окультуренных участках с южным склоном, хорошо прогреваемых, защищенных от господствующих ветров. Растения овощных культур отличаются быстрыми темпами потребления питательных веществ, поэтому в почве их должно быть в достаточном количестве и находиться в легкоусвояемой форме. Под огурцы следует подбирать высокоплодородные участки [121].

Наиболее подходящими по механическому составу являются супесчаные и легкие суглинистые почвы, богатые перегноем, с залеганием грунтовых вод не ближе 2,5..3 м. Благоприятными для выращивания являются плодородные пойменные земли, особенно прирусловая часть, богатая легкоусвояемыми, питательными веществами [61].

На заплывающих тяжелых почвах с близким залеганием грунтовых вод огурцы, кабачки растут медленно, слабо поглощают питательные вещества и дают низкие урожаи. Непригодны для выращивания огурцов малоплодородные легкие песчаные почвы в связи со значительным колебанием их влажности и сложностью поддержания ее на оптимальном уровне [10].

При выращивании огурцов и кабачков можно рекомендовать следующие примерные схемы севооборотов:

1. Однолетние кормовые культуры - однолетние кормовые культуры -огурцы и кабачки - однолетние кормовые культуры - зеленные (2 оборота);

2. Однолетние кормовые культуры с подсевом многолетних трав -многолетние травы - огурцы или томаты - огурцы или томаты - однолетние кормовые культуры - ранняя белокочанная или цветная капуста;

3. Однолетние кормовые культуры - огурцы и кабачки - однолетние кормовые культуры - огурцы и кабачки - однолетние кормовые культуры -ранняя белокочанная или цветная капуста.

Густота стояния растений зависит от численности всхожих семян, глубины заделки, запаса питательных веществ и влаги в почве, способа посева. Для получения неплохих всходов применяют семена, отвечающие требованиям стандарта на посевной материал. Перед посевом семена дополнительно сортируют и протравливают растворами пестицидов, чтобы увеличить сыпучесть, опушенные семена освобождают от волосков и других примесей механическим или химическим способами. Семена также калибруют - разделяют на близкие по размерам фракции (кукуруза, сахарная свекла), дражируют - при помощи клеящего вещества придают им шарообразную форму, а семена с твердой оболочкой скарифицируют - слегка повреждают оболочку для поступления влаги (клевер, люпин) [8].

Число или общую массу семян, высеваемых на 1 га, называют нормой высева. Норму высева и глубину заделки семян устанавливают, учитывая при этом их всхожесть, почвенно-климатические условия, зональные рекомендации, особенности агротехники возделывания растений. За 1-2 дня до посева проводят предпосевную культивацию на глубину посева.

На формирование растений действует и время посева. Запаздывание, обычно, приводит к понижению урожайности.

При недостатке питательных элементов в почве совместно с семенами вносят стартовые дозы гранулированных удобрений, заделывая их на ту же глубину, что и семена, ниже или сбоку семян [98].

Огурцы и кабачки являются одними из самых отзывчивых овощных культур на органические удобрения, которые повышают рыхлость и воздухопроницаемость почвы, улучшают условия минерального питания, а выделяющаяся при разложении органического вещества углекислота является хорошим источником воздушного питания. Все это благоприятствует росту корневой системы и надземной части растений.

Дозы внесения удобрений зависят от плодородия почвы и планируемого урожая. На дерново-подзолистых почвах необходимо вносить не менее 80 т/га органических удобрений (желательно навоза). В передовых овощеводческих хозяйствах под огурцы принимают и большие нормы (100 т/га и более). Эффективное внесение навоза в развальные борозды с последующим запахиванием их в свал. Затем выравнивают поверхность гряд боронованием и высевают семена или высаживают рассаду огурцов. Такой способ внесения органических удобрений создает благоприятный микроклимат для роста и развития огуречных растений и обеспечивает получение высоких урожаев. Вносят удобрения, исходя из хозяйственных возможностей, осенью или весной с помощью навозоразбрасывателей РОУ-6 и др.

Поскольку органические удобрения медленно разлагаются в почве то, для лучшего обеспечения растений питательными веществами, особенно в молодом возрасте, необходимо совместно применять органические и минеральные удобрения. Это обеспечивает наиболее высокий урожай в открытом грунте.

Важное значение имеет локальное внесение небольших количеств удобрений при севе или посадке огурцов. По данным НИИ овощного хозяйства, рядковое внесение минеральных удобрений (0,3 ц аммиачной селитры, 0,35 ц гранулированного суперфосфата, 0,15 ц хлористого калия на 1 га на фоне 40 т компоста) позволяет повысить урожай на 39% по сравнению со сплошным внесением удобрений [117].

Значение для ускорения всходов и повышения урожая имеет предпосевная подготовка семян. Они должны быть крупными, полновесными, с высокой энергией прорастания и хорошей полевой всхожестью. Для этого семена опускают несколько раз в чистую воду или 5-% раствор поваренной соли (50 г на 1 л воды) с последующим промыванием их в чистой воде и подсушиванием до сыпучего состояния. При этом легкие, щуплые семена всплывают на поверхность, затем их удаляют, а хорошие опускаются на дно.

Лучшими посевными и продуктивными качествами обладают семена 2-3-летнего хранения. При использовании семян, выращенных в предыдущем году, их прогревают в сушильных шкафах при температуре 50.60° в течение 4.5 ч, расстилая слоем 4.5 см. При прогревании семена периодически перемешивают, чтобы они не запарились. По данным БелНИИКПО сухое прогревание семян улучшает полевую всхожесть семян, увеличивает количество женских цветков на растении и повышает более чем на 14 % урожай [117]. Можно проводить и мокрое прогревание семян в горячей воде при температуре 25.30° в течение 2 ч.

Если семена в течение зимы хранились в сухом помещении при температуре 25. 30°, их можно высевать без прогревания.

Эффективным агроприемом является предпосевное намачивание семян в растворах регуляторов роста и солей микроэлементов: в 0,03 %-ном растворе метиленовой сини (300 мг на 1 л воды), 0,004-0,006 %-ном растворе янтарной кислоты (40 мг на 1 л воды), 0,2 %-ном растворе сернокислого марганца или борной кислоты (2 г на 1 л воды), 1 %-ном растворе питьевой соды (10 г на 1 л воды). Заслуживает внимания препарат Ивин. Семена огурцов замачивают в 0,001 %-ном растворе (10 мг на 1 л воды) в течение 24 ч при температуре 18.20°. При использовании регуляторов роста семена замачивают на 20.24 ч при комнатной температуре (2 л раствора на 1 кг семян). После намачивания семена подсушивают до сыпучего состояния и высевают. Кроме того, их предварительно протравливают ТМТД (4 г на 1 кг семян) или фентиурамом (3 г на 1 кг семян). Прогревание и предпосевное протравливание семян позволяет уничтожить возбудителей болезней.

По данным БелНИИКПО, прогревание семян при температуре 50. 60° в течение 4.5 ч с последующим намачиванием их в 0,03 %-ном растворе метиленовой сини повышало урожай огурцов на 17 % по сравнению с контролем (без прогревания и намачивания) [117].

Положительные результаты дает предпосевная закалка набухших семян при пониженной постоянной температуре (15.18° днем на протяжении

18 ч и 0...2° ночью - 6 ч). Закалка семян ускоряет созревание урожая и повышает товарность продукции.

Эффективно сочетание закалки семян переменными температурами с последующим дражированием. Этот комплекс агроприемов повышает их полевую всхожесть, усиливает рост растений и увеличивает урожайность.

Огурцы и кабачки сеют, когда почва хорошо прогреется и минует опасность поздних весенних заморозков, которые губительно действуют на растения. Поэтому сроки сева в разные годы неодинаковые и зависят от погодных условий.

Норма высева семян со всхожестью 90 % - 7...8 кг/га. Глубина заделки семян в зависимости от плотности почвы - 2.2,5 см. Овощи высевают рядовым способом с шириной междурядий 70 и 140 см на расстоянии между растениями в рядке 10.15 см. При ленточном двухстрочном способе сева расстояние между рядками в строчке 30.50 см, между лентами - 90.150 см. Площадь питания растений зависит от их плетистости и плодородия почвы. Короткоплетистые сорта огурцов можно размещать по схемам 50+90 X10-15 см при базовой колее технических средств 140 см 50+130 Х10-15 см при колее 180 см. На высокоокультуренных плодородных почвах для длинноплетистых сортов междурядья можно увеличивать до 1,5, расстояние между растениями в рядках - до 20.25 см. Иногда применяют гнездовой способ сева огурцов, размещая по 4.5 растений в гнезде на расстоянии 6.8 см одно от другого и располагая гнезда через 70 см [28, 59].

Для сева применяют сеялки СКОН-4,2, СО-4,2 и другие. Иногда сеют огурцы в утепленные гряды и гребни. [118]

В зарубежных странах схемы посева и посадки отдельных культур немного различаются от схем, используемых в нашей стране. Так, колосовые культуры высеваются рядовым способом с междурядьями 15, 18 и 20 см. Картофель и рассадные культуры высаживаются только рядовым способом. При гнездовом посеве кукурузы (в США) ширина междурядий колеблется от

76,2 (30") до 106,68 см (42"), а ширина междугнездий - от 36,8 до 106,68 см. Квадратно-гнездовой посев кукурузы осуществляется чаще всего по схемам 91,4х91,4см(36") и 106,68Х 106,68см (42"), а пунктирный — по схемам 101,6x20 и 101,6x25 см [119].

Рассмотрим пунктирный способ (однозерновой). Он характеризуется тем, что ряды располагают один от другого на расстоянии 45...90 см, а семена (сахарная свекла, кукуруза, соя и т.п.) в ряду размещают на одинаковом расстоянии а одно от другого (рис. 1У.1, е). Однозерновой посев технических культур обеспечивает увеличение урожайности, высокую экономию семян и уменьшение трудовых затрат на уход за растениями. Пунктирный посев используют при посеве пропашных культур [98].

Посев проводят специальными машинами - сеялками, которые выполняют ряд механических операций: открытие борозды на нужную глубину, высев необходимого количества семян без их повреждений, укладка семян в борозде принятым способом, заделка семян влажной почвой с уплотнением ее вокруг семян до определенной степени в зависимости от типа высеваемой культуры [56].

Хорошая работа сеялки сама по себе не обеспечивает хороших всходов. Точное выполнение вышеупомянутых операций - одно из требований для получения хороших всходов культур. Так как своевременность посева является чрезвычайно важным фактором при возделывании большинства культур, желательно, чтобы сеялка могла работать на очень высоких скоростях [102].

Пропашные сеялки обеспечивают отбор заданного количества семян из общей массы по одному зерну или группами, а кукурузные сеялки - посев подсолнечника, клещевины, сои и сорго с одновременным или раздельным от семян внесением минеральных удобрений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лазаренко Яна Сергеевна, 2015 год

и кр

Полученное уравнение (2.11) сократим на «т» (масса семени), в результате получим выражение:

/х + К ■х + /к^ д 5 + ^ - д - ш2Ь = 0. (2.12)

кр

Уравнение (2.12) представим в несколько ином виде:

и2

отношение скоростей - — обозначим в виде постоянного безразмерного коэффициента , все переменные величины сгруппируем в левой части, а постоянные перенесем в правую часть, кроме этого разделим все члены уравнения на «/» [21].

х + Кв = ^ (д + ш2Ь-/кк^ д 5 - д-к2); (2.13)

х + кв ■± = д1 а-к^/к^ 5)+ (2.14)

В окончательном виде уравнение будет представлено:

х + кв ■*-[£ (1 - к2 /к к ■ 5) + = 0. (2.15)

Для решения полученного уравнения снесем некоторые обозначения:

[* ( 1-^-/^ 5)+ ^]=А; (2.16)

х + кв ■ х - А = 0; отсюда: х + кв ■ х = А. (2.17) Представим полученное уравнение в виде характеристического: X2 + кв • X = 0; корни уравнения: Х1 = 0; Х2 = - кв. Отсюда следует:

ходн = С1 + С2 ■ е- Ч . (2.18)

Определим частное решение х:

х = - М1; х = - М; х = 0. Подставим в левую часть уравнения (2.17):

кв • (-М) = - А, М = —, х — - — ■ 1.

кв кв

Отсюда общее решение:

х = ходн + х, (2.19)

, Л

х— С+ С2 ■ е"кв ■ с---^ ( 2 . 2 0 )

в

¿1

х — — кв ■ С2екв ■ с--, ( 2 . 2 1 )

в

х = — кв2 ■ С2 ■ е"кв ■с. (2.22)

Рассмотрим начальные условия, при которых семя может выпасть из ложечки:

1 = 0; х = х0; х = 0.

Г х0 — С1 "" С2

А А 0 — Кв ■ С2--С2 — — —,

в в _ А _ А

х 0 — С1 — 9 ^ С1 — х 0 "I 9,

I/ I/

в в

х = хо+ з ■ е"кв ■' - — ■ 1. (2.23)

в

Ту* Ту* Ту*

в в в

Заменим «А» его значением и подставим в уравнение (2.23):

/ (1+/св2"/-Кк-5) / (1+/се2"/-Кк-5)

х = х0 + /---— - /---— ■ е в -

Ту* А ТУ* А

в в

- ^-^ ■ г . (2.24)

в

Упростим полученное выражение (2.24).

хх0 + е 2 с2

0

^ £. (г25)

Возьмем первую производную полученного аналитического выражения (2.26):

х — £ = Кв ■ ек в■ с ■ С 2 - ^(1+к2"^-5)+"2". (2.26)

сИ в г /-кв 4 '

Подставим в полученное выражение вместо С 2 его значение. Отсюда х будет равно:

^ _ кв-д-(1+к2-$-кк-Б)+ш21 _ е-Къ-г д<1+к%-$-кк-Б)+а)21 ^ ^^

I 1-кв

Учитывая начальные условия, отмеченные ранее при 1 = 0, скорость х будет максимальной и, следовательно, её выражение примет вид:

х =-/---К-' (2.28)

Выражение (2.28) позволяет определить скорость, с которой семя перемещается перед ложечкой за счет действия слоя жидкости. Величина скорости представляет геометрическую сумму скоростей ложечки и потока жидкости перед ней [68].

2.2.1. Аналитическое обоснование условия захвата семени в гидропневматическом высевающем аппарате

Выше определена скорость, с которой семя может перемещаться перед ложечкой за счет потока жидкости (выражение 2.28). Чтобы семя гарантировано удерживалось в ложечке необходимо, чтобы некоторый объем раствора, выталкивающий семя из ложечки проходил бы через отверстие в ней. Этот объем будет суммарной величиной двух тел вращения: шарового сегмента и цилиндра.

АУ = Усегм. + Уцил. (2.29)

Для проведения теоретического анализа приняты следующие условия:

1. Объем ложечки равен объему шарового сегмента.

2. Толщина слоя жидкости, на который действует вращающаяся ложечка, равна длине дуги поворота ложечки из начального положения ф0 до ф1.

3. Поскольку ложечка вращается с небольшой скоростью, исключающей повреждение ростка, то её радиус соответствует радиусу основания цилиндра ограничивающего поток, перемещающейся жидкости.

Объем шарового сегмента определяется на основании выводов математики [48].

Усегм. = _~ ■ ( 3-Я с — Ю ,

где: к - высота сегмента, м; Яс - радиус сегмента, м.

Исходя из обозначений, принятых в данной работе: к = 5, где 5 -толщина семени, м; Я с = р ст. Отсюда:

7т-82

Усегм. = — ■ ( 3 ■ Рст — 5) , (2.30)

Ущл. = Н ■ 7г Я2 , где: Н - высота цилиндра, м; Я - радиус цилиндра, м, или

Уцил. = х ■ 77ТЛ2. (2.31)

О

Рисунок 2.3 - Схема к определению угла поворота ложечки Дф

Высоту цилиндра Н можно определить, учитывая условие, исключающее захват семени (рис. 2.3). При вращении ложечки и действии струи воздуха семя начинает всплывать. Если в момент захвата семени оно выйдет из зоны потока жидкости ограниченной размерами ложечки, то оно гарантированно не будет захвачено. Отсюда следует, что угол поворота Дф будет являться разницей:

Дф = ф1 - ф0.

Значение угла Лф определится из некоторого прямоугольного треугольника.

Дф = arcs i n^. (2.32)

Тогда дуга поворота Л I будет равна:

Л I = L- Лф = L-arcs i n^2. (2.33)

Для малых перемещений дуга поворота Л / = Иц. Следовательно, объём цилиндра, ограничивающий жидкость будет равен:

Уцил = Trr^L - arcs i n^2. (2.34)

Тогда суммарный объём жидкости, проходящий через отверстие, будет

равен:

Уцил = (3 Рсг - 5) + 7rr2L - a r c s i n^-22. (2.35)

Конечной задачей в данном случае является определение параметров отверстия в ложечке, обеспечивающих захват семени в нижней части пневмогидравлического высевающего аппарата.

Однако при выводе аналитического выражения следует учесть, что жидкость, проходящая через отверстие, обладает некоторой вязкостью в 1,2 раза выше, чем жидкость. Это подтверждают экспериментальные данные.

Для определения параметров отверстия следует воспользоваться уравнением Бернулли [95, 112] при истечении жидкости через затопленные отверстия.

Н = h + = Ьа + + ф. (236)

у 2д у 2д д v 7

В указанном уравнении Ра - атмосферное давление (для открытого семенного ящика); у - объемный вес жидкости; скорости ^ и "2 -соответственно перед отверстием и за отверстием; а - некий коэффициент кинетической энергии жидкости, его значение обычно принимают равным 1,0;

- коэффициент сопротивления, соответствующий потерям напора перед отверстием и за отверстием [84].

Учитывая уравнение Бернулли:

"2 = $ (2.37)

Примем условие, что "1 - это скорость, с которой семя может перемещаться перед ложечкой и если её приравнять скорости жидкости, то для захвата семени необходимо, чтобы эта скорость была направлена в противоположную сторону. Это условие и учитывает динамический анализ.

Следовательно:

«I =

квд( 1 - к%-ркк-5)+ О2! д( 1 + к%-/-кк-5)+ О)2!

/

1+<Г

(2.38)

При прохождении жидкости через отверстие круглой формы, сечение которого равно: 5от = п ■ гОт необходимо учесть сопротивление от кинематической вязкости жидкости. Отсюда можно составить равенство с учетом скорости и объёма вытекающей жидкости:

Кг ■ ТТ = п ■ Гот.

И-к

Тогда гот =

Угу 2 Мк ■ т'

(2.39)

(2.40)

Л

где: ¡1к - кинематическая вязкость, Ст (м /с).

Подставим в полученное выражение скорость " | и УЕ:

(3 Рст - а) + пг2 Ь ■ аг с 5 1 п—■ ( 1 + к2-/ ■ кк ■ 5) + ее 2 Ь) д ф- ¿р)

от =

(2.41)

( 1 + О 2 ■ цК ■ т

Радиус отверстия изменяется по достаточно сложной зависимости, однако, учитывая современные технические возможности, его значение вполне определимо.

2.3. Теоретическое определение допустимой скорости воздуха при работе гидропневматического высевающего аппарата

Основным критерием оценки работы дисково-ложечного высевающего аппарата, снабженного дополнительным устройством для подачи воздуха, служит показатель заполнения ложечек. Поэтому для исключения пропусков при посеве семян все ложечки должны быть заполненными.

Рисунок 2.4 - Схема к определению условия отрыва семени

Ранее в других работах [88, 99] условие, исключающее пропуск семян в ложечке, уже рассматривалось. Однако в данной работе при проведении теоретического анализа следует учитывать действие воздушного потока на единичное семя, находящееся в ложечке, через отверстие в ложечке. Задача сводится к определению допустимой скорости воздуха при выходе ложечки на поверхность жидкости. В этом случае скорость воздушного потока не должна быть больше скорости витания семени, которая в принципе приравнивается к критической скорости икр. Кроме этого необходимо учесть силу, обеспечивающую прилипание семени к ложечке.

Для получения аналитических зависимостей рассмотрим схему сил, действующих на семя в момент его отрыва от поверхности ложечки.

Подобные условия рассматривались в работах [88, 99, 105], однако в данной работе присутствуют факторы, совершенно изменяющие параметры

высевающего аппарата, а именно рассмотрено действие воздуха, а также способность семени к прилипанию к элементам ложечки.

Обозначим силы, представленные на схеме (рис. 2.4): шд - сила тяжести; Тк - сила приклеивания семени; N - нормальная сила; шх' -тангенциальная сила инерции; ш! £ - сила инерции от вращения ложечки относительно центра О1; Яв - сила от действия воздуха на семя; шо2! -центробежная сила инерции; Тк - касательная сила при выходе семени из ложечки; ш - сила от центробежного ускорения поворота ложечки относительно центра О1. Для получения дифференциальных уравнений спроектируем все силы на оси ОХ и ОУ.

£ X = 0; шо2! - шо 2! - Тк' = 0; (2.42)

= 0; шх + т ш! £ + Яв - шд - Тк = 0. (2.43)

Из уравнения (2.2) определим силу N.

N = шд + Тк - шх - ш! £ - Яв. (2.44)

Значения сил Тк, Яв и Тк определялись ранее, поэтому подставим их в выражение (2.44).

N = шд + шд кк ■ 5- шх - ш! £ — шдк2 (2.45)

Подставим величину «Ш в уравнение (2.43) вместо Тк

шо2! - шо 2! - § ■ (тд + тдк2 — тх — т ! £ — Яв) = 0. (2.46) Ранее отмечалось, что величина Яв приравнена определенному значению:

Яв = т д к2-Отсюда уравнение (2.45) примет вид:

о2! - о 2! - §д — §дк2 + /х + /! £ + /дк2 = 0, (2.47)

х + ^ - - д + ! £ = 0. (2.48)

Полученное уравнение (2.48) обычными способами математики решить невозможно, т.к. в нем практически четыре неизвестных: о £ , к2, х .

Для нахождения и примем условие, что стержень ложечки после ее схода с планки ударяется в упор.

Подобное условие рассматривалось в работах [88, 99]. Однако в представленной работе необходимо учесть силу от действия воздуха, подаваемого снизу через штуцер в отверстие ложечки. Именно в этом случае семя может быть выброшено из ложечки воздухом.

Рисунок 2.5 - Схема сил, учитывающая действие воздуха на семя

Для исследования указанного условия. Рассмотрим схему сил и представим уравнение моментов относительно точки О.

Что касается условий, то они рассматривались подробно в работе [88], поэтому к ним будут добавлены только дополнительные:

1. В качестве материала деталей ложечек и стержня высевающего аппарата использован фторопласт, имеющий низкий коэффициент трения.

Поэтому для обеспечения плавности хода ложечки диск имеет достаточно большую массу, соответствующую суммарной массе исследуемых ранее подобных аппаратов в работах [88, 99].

2. Вязкость жидкости при определении условия удержания семени при выходе ложечки на поверхность не учитывалась в виду её малости.

3. Угол отклонения ложечки при взаимодействии с упором достаточно мал, поэтому общая длина всех отрезков дисково-ложечного высевающего аппарата остается неизменной.

Считаем, что слой жидкости при выходе ложечки весьма мал, поэтому его влияние будет нулевым. Все принятые далее условия и обозначения подробно представлены в работах [88, 99].

Поэтому в окончательном виде дифференциальное уравнение поворота семени в ложечке до упора запишется в виде:

I2

Jy ф1 = 1,25 Gc ■ Iс о 5 ф -,_- С ■ — ■ 5 1 п ф 1 - Сс ■ к1 ■ (2.52)

где: Lд = / ■ ф - длина дуги поворота ложечки.

Для упрощения записи последующих аналитических выводов примем некоторые обозначения:

2

1,25 ■ ^ = А; С ■ ^ = В; Сс ■ к| = Д. (2.53)

Тогда выражение (2.52) примет вид:

Jy ф 1 = А ■с о 5 ф 1 - В-5 1 пф — Д. (2.54)

В полученном выражении (2.44) угол ф 1 достаточно мал и поэтому с о 5ф 1 = 1, а 5 1 пф 1 = ф Подставим соответствующие значения в выражения 2.54:

Jy ф 1 = А ■ I - В ф 1 - Д ■ /. (2.55)

Перепишем равенство (2.55):

Jy ф 1 = (А-Д) ■/ - В ф 1. (2.56)

Для последующего решения полученного выражения и определения Jy воспользуемся теоремой Штейнера для определения момента инерции однородного стержня при небольших перемещениях [9]:

^=

4-(А-В)-г2 3-Я

Подставим полученное значение Jy в выражение (2.56):

С-Зд _ 3д

ф 1 + ф 1

Ф1 + тт ■

16 (А—В) 41' д-С

_= 3£ 1 6 в с ■ ( 1 , I 5- ) 4 Г

(2.57)

(2.58)

(2.59)

При этом необходимо учитывать, что значение не может быть больше 1,0 в соответствии с физическим определением.

Полученное линейное дифференциальное уравнение является неоднородным. Его общее решение ф 1 равно сумме общего ф | соответствующего однородного уравнения и частного решения указанного уравнения:

ф 1 = ф I + ф з. (2.60)

Правая часть уравнения (2.59) является величиной постоянной, следовательно, частное решение ф з = Е, отсюда ф'3 = 0. Если подставить эти значения в уравнение (2.59), то:

_ _ (А-Д) _ 4Сс-(1,25-к2)

ф з = Е--5---

Чтобы найти значение дифференциальное уравнение:

с-г

следует

решить

ф 1 + 77

д-С

Обозначим:

16 Сс-(1,25-к£)

д-С

= 0.

= .

(2.61) однородное

(2.62) (2.63)

(2.64)

16 Сс-(1,25—к2)

Тогда уравнение (2.62) примет вид:

ф 1 + п |ф 1 = 0. Характеристическое уравнение выглядит как:

г1 + п 1 = 0, его корни будут мнимыми: = .

Отсюда следует, что общее решение однородного дифференциального уравнения (2.64) будет представлено:

^ ^ ■ 4Сс-(1,25—к£)

( 2 = С О 5П £ + С 25 1 П П£ +--—-. (2.65)

Чтобы вычислить постоянные интегрирования возьмем первую производную от ( т.е. ( ±.

( х = - С ^5 1 ПП t + С 2 ПС О 5 П £. (2.66)

Подставим начальные условия движения семени: 1 = 0, (т = к /Сагс1§(тр, где: (тр - предельное значение угла трения, при котором семя ещё удерживается в ложечке. Отсюда получим:

4Сс-(1,25-К2) С 1 =--^--(т,

С 2 = 0.

Получим уравнение движения семени в момент выброса ложечкой:

(с = - (-( С ■ 2 + (т)^ С О 5 П £ +-( с . ^ ■ (2.67)

Для определения угловой скорости движения семени возьмем первую производную от (с .

ЛСс-(1,25—Ку) л ( л

(с = (-^-" + (т)■ П 5 1 ПП £. (2.68)

Тогда угловое ускорение определится:

(с = (-^-+ (т) ■П 2 С О 5 П £. (2.69)

Величина - это по существу угол поворота ложечки. Ранее отмечалось, что его величина достаточно мала и поэтому в выражении (2.68) с о 5 п £ = 1,0. Отсюда:

(с = (-( ; , + (т) ■ п 2. (2.70)

с-г

Учитывая выражение (2.53):

,4Сс-(1,25-кЗ) .3 д-С

(с = (-~1-+ (т) ■ - ■ Сс.(1,25-К2); (2.71)

(с = 3£+ ^тс ; (2 ) с

Е = (с = М + ■ В ■ с = д^ + Уж ■ е ). (2.73) с

В соответствии со схемой (рис.2.3) угловая скорость поворота ложечки является составляющей движения семени и на его общее перемещение при незначительных углах особого влияния не окажет. Поэтому примем дополнительное условие, что абсолютная величина угловой скорости равна нулю. На это указывает и аналитическое выражение (2.69) в соответствии с проведенными ранее рассуждениями.

Учитывая указанные выводы внесем их в уравнение (2.54):

х +

й)2!2

- в + Ь-в- Ь +

<Рт'С -,_

41 Сс-(1,25-к£)

] = 0.

(2.74)

С£х

Обозначим: о Ь = х и вынесем за скобку « в »; а х = —:

С X х2

+

к - в(1 - тг

+

<Рт С'Ь

<1

) = 0.

(2.75)

М с,ч~ 4-1 Сс-(1,25-к(,у

Для уменьшения громоздкости записи выражения (2.75) введем некоторые обозначения постоянных величин:

<Рт С'Ь

1 Ь 3

г~ = а, - = К, (1—К + , ,,

рь ' I 4' V 4 I Сс-(1,25—к^)

) = Ь,

— + а ■ х2 - в Ь = 0.

.2 Сх

= ёХ.

а- х2- д-Ь

Проведем интегрирования выражения (2.77) при этом учитывая, что:

(2.76)

(2.77)

Сх

1п

а ■ х2- д -Ь 2-у а-д ■ Ь

В результате получим выражение

-а ■ X - уь ■ д

-а ■ X - уЬ-д

-а ■ X + уь ■ д

+ С.

1п

2 ■ у а ■ в ■ Ь ■ 1 +С.

(2.78)

(2.79)

-/а ■ X + уь ■ д

Полученное выражение (2.79) позволяет определить окружную скорость семени при ударе ложечки об упор. Для определения «С» примем начальные условия остановки ложечки при её взаимодействии с упором: X = 0; х = V0 = 0. Тогда при подстановке этих значений в уравнение (2.79) С=0. Время X определится исходя из условий поворота ложечки, учитывая, что угол

поворота равен (т ах, а угловая скорость равна ю, т.е. повороту диска. Отсюда

^ _ Утах

со

Для уменьшения громоздкости выражений при выводе х обозначим:

2 ■ Та ■ д ■ Ь ■ 1 = М, а (2.80)

поскольку в выражении (2.79) правая часть равна левой, то:

—й х - ^Ь -в

In

Va- х + ^Ь

= М,

те Vй ■ X - ^ =^м ' ' -й■ х + ^Ь ■ в '

отсюда следует, что:

—а ■ х - Ть~д = ем ■ -а ■ х + ем ■ Т^д. (2.81)

Сгруппируем члены при х в левой части:

х ■ —о"(1 - ем) = Ть~д (1 + ем). (2.82)

= ( 1 + *м ) ■ ^ (2 83)

Х ( 1 - ем)■—й . (2.83) Подставим в полученное уравнение (2.83) вместо а, Ь и М их значения:

! + Jftt 5 4 + G с- ( 2 5 - к2)

д(1-3АL+ <Рт-С-а

& v Л

х =-, ^ 4 G с-( 1 2 5 - к2). (2.84)

2 1 Г1 3kl , Фт С-а _ Jf« 5 ( 1 4 + GC-( 1,25 - К2) - IT

Полученное выражение (2.84) представляет собой скорость движения семени в начале отрыва его от поверхности ложечки.

Для определения скорости воздушного потока, соответствующей скорости витания воспользуемся зависимостью [13]:

j = k - yF-^ (2.85)

где: j - ускорение семени, сообщаемое действием воздушного потока, м/с 2; k - коэффициент сопротивления; у - удельный вес воздуха, кг/м 3; U - скорость воздушного потока, U=Us, Us - скорость воздушного потока, соответствующая скорости витания, м/с; - площадь миделевого сечения семени, м 2; G -вес семени, Н.

Чтобы процесс выброса семени из ложечки был управляемым, необходимо, чтобы скорость воздуха обеспечивала скорость витания и не была бы выше. Следовательно, из выражения (2.85):

и= /-Ц где: кп = к ■ у^.

Из выражения (2.74):

й)21 г г3 , <Рт С -л

х = 1 = е---а ■ Ь \— + ——-И .

J 6 / а 41 вс-С 1,25-к%У

(2.86)

Отсюда:

^ <

ё - — - з ■Ь Ь +

<РтС

41 СС-(1,25-ЩУ

ю3-кг,

(2.87)

В полученном выражении (2.87) переменными величинами являются жесткость пружины «С» и коэффициент « к у». Все остальные величины постоянны для данной конструкции.

Выражение (2.87) достаточно громоздко и решать его удобнее всего числовым методом в системе «МаШсаё».

Рисунок 2.6 - Теоретическая зависимость скорости воздуха от коэффициента витания набухшего семени

2.4. Определение параметров штуцера для подачи воздуха в семенную

камеру высевающего аппарата

Ранее отмечалось, что в конструкции гидропневматического высевающего аппарата предусмотрено устройство, позволяющее подавать воздух в камеру, заполненную пророщенными семенами и жидкостью с компонентами жизнедеятельности семян.

Это устройство в виде наконечника с обратным клапаном для подачи воздуха в нижнюю часть семенной камеры. Подобные устройства носят названия штуцер [20].

Для определения его параметров представим схему работы всей системы (рис. 2.7).

V-

II

3

И

т

н

II

I

р

боэдух

1- воздуховод; 2 - штуцер; 3 - раствор жидкости; 4 - воздушный поток Рисунок 2.7 - Схема подачи воздуха в семенную камеру

Высота слоя жидкости, через который прокачивается воздух, достаточно мала и составляет не более 200 мм, поэтому воздух проходит через неё неразрывным потоком; исходя из этого вполне обосновано применение уравнения Бернулли [84].

Рассмотрим два сечения: I-I - проходящее через плоскость начала подачи воздуха в камеру и II-II - плоскость свободной поверхности (уровень поверхности жидкости). Давление в сечении II-II (Р2) - равно атмосферному, а в сечении I-I больше атмосферного Pi > Р2. Н - напор. Величина напора в процессе работы высевающего аппарата остается постоянной. Поскольку существуют потери на сопротивление при прохождении воздуха через трубку, то их величиной можно пренебречь.

Поскольку воздух подается в раствор жидкости, то вполне уместно рассматривать истечение жидкости (воздуха) через затопленное отверстие.

В общем виде уравнение Бернулли может быть представлено в виде [79]:

У + ь™ + }£ = У + ÍJTM + ñ. + "L (2.88)

У 2g у 2д 2д v 7

где: Z-l и Z2 - уровни жидкости в сосудах; v± - скорость жидкости в первом сечении, м/с; v 2 - скорость жидкости во втором сечении, м/с; у -удельный в ес жидкости, кг/м 3; ^ - коэффициент сопроти вления при прохождении жидкости .

Однако для рассматриваемого случая уравнение в представленном виде не может быть использовано.

Поэтому интерпретируем его и представим в ином виде:

— + ^ = —^тм + п. + ^ Л +Н (2 89)

У1 2 д yY 2д м 2д у J

где: - давление воздуха на входе его в жидкость, Па; - удельный вес воздуха, кг/м ; - скорость воздуха на входе его в жидкость, м/с; -скорость воздуха при выходе его на поверхность жидкости, м/с; -коэффициент сопротивления воздуха при его перемещении в жидкостном растворе, равный отношению плотности воздуха к

плотности воды - н - высота столба раствора жидкости над

р вод

отверстием, равен высоте, находящейся в посевной камере высевающего аппарата смеси семян с жидкостью. Его величина не может превышать значения L плюс некоторый зазор А между внешним концом ложечки и внутренней стенкой дна высевающего аппарата. Поскольку эта величина менее толщины семени в поперечнике, то ею можно пренебречь.

Отсюда уравнение Бернулли для рассматриваемой технологии будет иметь следующий вид:

— + ^ = ^а™ + п. + рвозд . al +L (2 90)

У 25 у 25 Рвод 25

п. = Ратм + + г +L- ÜL (2 91)

2 д yi 2 д 2 д п у J

Отсюда определим скорость воздуха на входе:

"1 = [(^ + Та + ^fo +L" т).№ (2.92)

У У!

В полученном уравнении сгруппируем члены с одинаковыми знаменателями и проведем некоторые преобразования:

" i = - атм - Р i) + " 2 ( 1 + b) + L . 2 д] I. (2.93)

У

В полученном выражении первое слагаемое может быть представлено

в виде:

АРиз = Раг^ = н п, (2.94)

У у п

где: Н п - теоретический напор, Р и з - избыточное давление в сечении I-I, Па.

Избыточное давление можно выразить через пьезометрическую высоту Н п:

А Риз = Н п. 7i. (2.95)

На основании принятых ранее обозначений запишем полученное выражение

"1 = [2 g Н п/i + ( 1 + 6) + L . 2 д] 1 (2.96)

В представленной формуле (2.96) V2 - скорость воздушного потока соответствующая скорости витания семени vкр.

Теоретический напор Н п определяется по формуле:

Н п = (2.97)

где: N - мощность на прокачивание воздуха через пневмопровод, Вт;

-5

@ в - расход воздуха, м/с.

Последующие теоретические рассуждения, выполненные в работе [88], позволяют определить силу Р, необходимую для прокачивания воздуха через наконечник:

Р = й- ^-Ув, (2.98)

у

где: - площадь сечения струи воздуха, равная поперечной площади

3

выходной части насадка, м ; V 1 - скорость воздуха на выходе из

-5

насадка, м/с; ув - удельный вес воздуха, кгс/м ; д - ускорение свободного падения, м2/с.

Из теории сельскохозяйственных машин [13] следует некое равенство:

Р "V! = Н п- (2.99)

Тогда:

- 4'Ув= Н п-£в- (2.100)

у

Сечение струи воздуха должно быть меньше или равно сечению отверстия в ложечке, в противном случае процесс становится неуправляемым, так как большее сечение струи может вызвать её обтекание ложечки, вызывая дополнительное непредсказуемое воздействие на семя.

Отсюда принимаем, что:

= Бот = т- (2.101)

Тогда учитывая выражение (2.101):

_ 3 Нп • С?в -д _ 3 Нп • С?в • Мж • у /2 Ю2)

1 V 5 ! - Ув Л 7 - V 3 -и Ув . ( . )

Расход воздуха определяется через площадь поперечного сечения наконечника пневмопровода, т.е.

= ^ и" "в, (2.103)

где: Б и - поперечное сечение наконечника пневмопровода, м2; ив - скорость воздуха в наконечнике, = Vъ м/с. Отсюда:

V 1 =

_ 3 |Н п ' ^ и ' Мж ' 9

тг73Гв .

£ _ У3*уъ1гу\

и Н п ' Мж'9

Б и = т ■ гИ,

где: и - радиус отверстия наконечника, м.

(2.104)

(2.105)