Многообразие семян сельскохозяйственных культур по числу, форме, размерным и физико-механическим характеристикам является одной из сложных проблем при выборе высевающей системы, которая определяет будущее урожая.
Уровень семян в бункере и вибрация при передвижении сеялки по полю различно влияют на равномерность поступления семян в высевающие аппараты. Применяемые в настоящее время аппараты имеют ряд недостатков – порционность подачи семян в семяпроводы, повышенную повреждаемость крупных семян, некачественный высев несыпучих семян, нарушение нормы высева из-за уклона местности
Применение импульсного высевающего аппарата для мелкосеменных овощных культур, исключающего повреждение семян и создающего условия для равномерного выделения из общей массы и подачи в борозду, является актуальной и важной задачей.
При решении теоретических вопросов описания выделения и движения семян по колеблющейся поверхности были использованы основные методы теоретической механики. При решении вопросов взаимодействия рабочих органов высевающего аппарата и семян исходили из основных положений классической теории колебаний и взаимодействия деформируемых тел с учетом давления передаваемого от одного тела к другому и распределенных по поверхности контакта, нормальных к этой поверхности.
В соответствии с общей постановкой задачи была разработана схема высевающего аппарата. Предлагаемый импульсный аппарат обеспечивал создание псевдоожиженного слоя в бункере высевающей системы, выделение поштучно семян из бункера и подачу их в семяпровод.
В результате теоретических исследований системы импульсного высевающего аппарата были рассмотрены нелинейные ее колебания при воздействии периодической возмущающей силы, колебания упругого элемента высевающего импульсного аппарата, который испытывает сопротивление пропорциональное скорости, а также при постоянной силе сопротивления и силе сопротивления пропорциональной перемещениям.
Включение в упругую систему элементов с нелинейной характеристикой позволяет значительно снизить опасность резонансных режимов.
Полученные теоретические результаты имеют универсальный характер, поскольку, ортогональность форм нормальных колебаний многомассовых систем, к которым относится импульсный высевающий аппарат, позволяет описывать их движение системой уравнений, каждое из которых совпадает по форме с уравнением движения системы, обладающей одной степенью свободы.
Для лука-севка сорта «Краснодарский Г-35», томатов «Подарок Кубани», редиса «18 дней», петрушки листовой, кориандра «Янтарь», огурца «Солнечный», перца болгарского «Геркулес», щавеля «Бельвильский» и свеклы односемянной темно-красной были определены биометрические показатели: масса 1000 штук семян, коэффициенты и углы трения покоя, движения и естественного откоса, коэффициенты восстановления.
Полученные значения, которые колеблются в широких пределах, ставят задачу выбора высевающего аппарата, который бы мог обладать возможностью пропускать семена, имеющие такие характеристики, без заторов в соответствии с заданным законом движения.
Исследованием влияния амплитуды колебательного контура на выделение и транспортирование семян в зависимости от длительности импульса и угловой амплитуды колебаний установлено, что он воздействует на все детали высевающего аппарата. Это в свою очередь вызывает колебания практически всей системы. Семенной материал, находящийся в аппарате, испытывает такие же колебания что и вся система и это приводит к ожижению и постепенному стеканию семян вниз.
Уровень семян в бункере импульсного дозатора определялся в зависимости от длительности импульса и угловой амплитуды колебаний, при длине рабочего органа от 0,08 до 0,12 м. Длительность импульса, обеспечивающая рабочий режим перемещения семян, составляла от 1∙10-3 до 6∙10-3 с, а амплитуда угловых колебаний от 0,017 до 0,209 рад. Влияние шероховатости поверхности колебательного контура и семян было исследовано в интервале для значений от 0,26 до 0,76.
Анализ полученных данных показал, что увеличение амплитуды колебаний приводит к возрастанию уровня семян в бункере по гиперболическому закону. Из чего следует, что применение материалов имеющих значительную шероховатость приводит к усилению эффекта ожижения семенного материала.
Увеличение времени импульса приводит к уменьшению шага. Уменьшение шероховатости и длительности импульса увеличивает эффект и приводит к увеличению шага перемещения семян по поверхности рабочего органа вибратора.
Была установлена зависимость для определения времени движения семян от высевающего аппарата до дна борозды с учетом задержки и полета в семяпроводе
,
где t3 – время задержки семени, с;
z – высота падения семени, м;
U0 – скорость семени в момент выхода из высевающего аппарата, м/с;
γ – угол бросания (угол между касательной к скорости и горизонталью), град.
Экспериментально определили, что среднее время движения семени при изменении высоты падения принимает значения 0,1541–0,2341 с, а при изменении начальной скорости в принятых пределах от 0,2341 до 0,225 с. При этом σt для принятых значений изменяется в первом случае от 0,0950 до 0,0638 с, а во втором от 0,0638 до 0,090 с.
Проведенные исследования позволили установить, что на процесс дозирования семян овощных мелкосеменных культур импульсным высевающим аппаратом влияют следующие факторы: давление столба семян в семенной камере; площадь дозирующего отверстия; частота колебаний рабочего органа высевающего аппарата; угол наклона рабочего органа относительно горизонта; амплитуда колебаний рабочего органа.
На основании проведенных исследований получены следующие выводы: 1. Импульсный высевающий аппарат обеспечивает дозирование семян различных культур по заданному закону, если они помещены в колебательный контур. 2. Реализация импульсного высевающего аппарата возможна в виде совмещенного блока накопителя и дозирующего устройства в одном агрегате. 3. Работу импульсной высевающей системы можно осуществить при периодическом воздействии на задающий рабочий орган ритм, который описывает процесс перемещений при условии не совпадения частоты колебаний системы и собственных колебаний массы. 4. Колебания создают условия для ожижения семенного материала, что дает возможность выделять их поштучно. 5. Уменьшение времени воздействия и увеличение угловой амплитуды колебаний на семенной материал приводит к увеличению скорости транспортирования семян и увеличению шага перемещения их по рабочему органу. 6. Распределение семян в борозде при посеве зависит от начальной скорости и направления при посеве. 7. При определении основных параметров импульсного высевающего аппарата экспериментально установлено, что амплитуда колебаний должна составлять 2,7 мм, максимальная производительность обеспечивается при частоте 22,4 Гц и угле наклона рабочего органа 4,7 град. 8. Экономическая эффективность инвестиций в новую предлагаемую разработку позволит получить чистый дисконтированный доход от внедрения технологии 13,5 тыс. рублей в год при использовании сеялки на площади 73 га или 185 руб/га, а срок окупаемости инвестиций составит Ток = 0,13 сезона.