Методы исследования. 
Обоснование технологических параметров однодискового сошника с опорно-прикатывающим катком

Теоретическое исследование по определению равновесия однодискового сошника с опорно-прикатывающим в вертикальной и горизонтальной плоскостях проводилось на основании ранее полученных опытным путем результатов М. П. Набатяна, Д. В. Пологих, О. В. Пущинской и В. М. Соколова [3, 5, 6, 7].

Основная часть

Комбинированные и почвообрабатывающие посевные агрегаты должны обеспечивать высокую равномерность высева по ширине захвата, глубине заделки и ходу движения. Максимальное отклонение высева между отдельными высевающими аппаратами допускается в пределах ±4%, всеми аппаратами — ±3%. Повреждение семян высевающими аппаратами не должно превышать 1% для зерновых и 2% для зернобобовых. Глубина заделки семян в подготовленную под посев почву зависит от влажности, механического состава почвы, сроков посева и высеваемой культуры. На тяжелых почвах семена высевают на глубину 2−3 см, на средненесуглинистых, супесчаных и торфяных — на 3−4 см. При запаздывании с посевом и пересыхании почвы глубину увеличивают на 1−2 см. Отклонение глубины заделки семян от заданной не должно превышать 15%. Наличие незаделанных в почву семян не допускается. Отклонение ширины стыковых междурядий смежных проходов от основных не должно превышать 15%.

Норма высева семян (4−6 млн. шт./га) зависит от сорта, типа почвы, климатических условий, состояния поля, степени и характера засоренности. В условиях нашей республики по чистому и удобренному полю в начале оптимального срока сева зерновых культур достаточно высевать примерно 4 млн. шт./га (200 кг/га) всхожих семян.

В условиях Дании нормы высева зерновых культур корректируются в зависимости от сроков сева, качества предпосевной обработки почвы, массы 1000 зерен (представлено в табл. 1).

Таблица 1. Корректировка высева семян зерновых культур в условиях Дании, кг/га.

Поле перед посевом должно быть обработано на глубину заделки семян, не иметь свальных гребней и развальных борозд, скрытых глыб, крупных комков диаметром более 5,0 см, пожнивных остатков. Объемная масса почвы на глубине заделки семян должна составлять 1,1−1,25 г/см3. Влажность подготовленной под посев почвы в слое 0−10 см не должна превышать 22%. При посеве должны строго соблюдаться прямолинейность рядков и образование технологической колеи для последующего ухода за посевами.

В условиях Могилевской и Витебской областей для получения высоких урожаев и снижения себестоимости зерновых и зернобобовых культур весьма важно выбрать норму высева семян на гектар. В условиях сельскохозяйственных предприятий норма высева семян зерновых культур тоже должна корректироваться в зависимости от погодных условий и подготовки почвы к посеву.

В условиях Республики Беларусь нормы высева озимых зерновых культур корректируются не только с учетом массы 1000 зерен и качества предпосевной обработки почвы, но и от сроков сева и изменяются весьма значительно. Создание уплотненного семенного ложа для семян зерновых и других культур способствует равномерной заделке их по глубине, позволяет подтягивать влагу для скорейшего их набухания и прорастания при ее дефиците в соответствии с рис. 1 [4].

Рис. 1. Схема оптимальной заделки семян.

Выполнение данных условий может быть достигнуто путем применения разработанного нами однодискового сошника с опорно-прикатывающим катком (рис. 2).

Рис. 2. Схема однодискового сошника с опорно-прикатывающим катком:

1 — корпус сошника; 2 — рабочий диск; 3 — опорно-прикатывающий каток; 4 — стопорный болт.

Сошники с опорно-прикатывающими катками на зерновой сеялке должны быть установлены таким образом, чтобы каждый рядок высеянных семян прикатывался отдельным катком (семена, высеянные передним рядом сошников, прикатываются опорными катками сошников заднего ряда, а рядки семян, высеянные задним рядом, прикатываются отдельными катками, закрепленными на пружинных поводках, присоединяемых к квадратным валам подъема и опускания сеялок типа СЗ-5,4. Сеялка с такой технологической схемой расстановки сошника (рис. 3) защищена авторскими свидетельствами № 245 299 в Чехословакии, № 59 213 в НРБ и патентом № 230 410 в ГДР [1].

Рис. 3. Техническая схема расстановки однодисковых сошников с опорно-прикатывающими катками на зернотуковой сеялке типа СЗ-5,4: 1 — корпус сошника; 2 — регулятор глубины хода диска сошника; 3 — опорно-прикатывающие катки; 4 — рабочий диск сошника; 5 — семянаправитель; 6 — пружинный поводок прикатывающего узла; 7 — прикатывающий каток; 8 — семена.

Цель изобретения — сокращение времени на изменение глубины заделки семян и повышение равномерности заделки и прикатывания семян при небольшой глубине высева.

Это достигается тем, что ограничитель глубины хода выполнен в виде смонтированного на поводке опорного катка, который установлен сбоку сошника.

Расчетная схема для получения уравнения равновесия однодискового сошника представлена на рис. 4. В процессе движения сошника на него действуют силы: масса диска, корпуса и катка; усилие пружины; реакция почвы на диск и на каток; силы инерции, обусловленные движением сошника по неровностям рельефа поля.

Рис. 4. Расчетная схема для определения равновесия однодискового сошника с опорно-прикатывающим катком.

Сумма моментов сил, действующих на сошник в процессе его движения относительно оси вращения поводка, запишется в следующем виде:

УМ=Fп•Lп+G•LG-(Fин+Rgz+Rkz)•L•cos е-(Rgx+Rkx) •L• sin е, (1).

где Lп, LG — соответственно плечо усилия пружины и приведенное плечо массы сошника относительно точки О; Fп — усилие пружины; G — общая масса сошника и поводка; L — длина поводка сошника; е — угол наклона поводка к горизонту; Rgx, Rgz, Rkx, Rkz — составляющие реакции почвы, действующие на диск и каток.

Так как масса сошника на порядок больше массы поводка, то LG? L•cosе.

С учетом этого равенство (1) преобразуется к виду:

L•(Rkx•sin е+ Rkz • cos е)=Fп•Lп+L• cos е •(G-Fин+Rgz)-Rgx•L• sin е. (2).

Уравнение (2) получено на основе того, что УМ=0, так как в правую часть (1) вошли силы инерции.

Исследованиями академика В. П. Горячкина установлено, что между вертикальной нагрузкой Rкz и сопротивлением перекатыванию Rкх ведомого катка имеется взаимосвязь [2]:

(3).

где gпр — приведенный коэффициент объемного сжатия почвы, Н/см3; Д — диаметр катка, см; b — ширина обода катка, см.

С учетом выражения (3), левая часть уравнения (2) содержит одну неизвестную величину Rкz:

. (4).

Очевидно, величина Rкz является вертикальной нагрузкой, приходящейся на опорный каток в процессе движения сошника. Значение Rkz в процессе работы сошника варьирует и не совпадает со статической нагрузкой на каток. Данная величина является критерием неравномерности хода сошника по глубине, поскольку увеличение или уменьшение реактивного момента, связанное с изменчивостью реакции почвы (колебание плотности) и инерционных нагрузок, компенсируется усилием на опорную поверхность опорно-прикатывающего катка. Этим обеспечивается преимущество однодискового сошника с опорно-прикатывающим катком по критерию равномерности глубины хода перед сошником, не имеющим копирующего элемента.

Следует подчеркнуть, что для определения Rкz в любой момент времени или какого-либо другого параметра, характеризующего работу сошника, например траектории одной из точек семянаправителя, необходимо составить и решить уравнение динамики, описывающее состояние сошника и механизма его навески с учетом реальных законов изменения во времени реакций почвы и инерционных нагрузок. Однако, зная закон распределения амплитуд колебаний сошника [6, 7] и максимальные значения инерционных нагрузок и реакций почвы на сошник [3, 5, 8], можно определить экстремальные значения Rкz, при которых числовые характеристики закона распределения амплитуд колебаний сошника относительно средней глубины хода будут обеспечивать заделку на среднюю фактическую глубину и в два соседних односантиметровых слоя не менее 80% семян. Для этого должно выполняться соотношение:

уtr?[ уtc], (5).

где уtr — стандартное отклонение глубины хода сошника от средней фактической; [уtc] - допустимое стандартное отклонение глубины заделки семян от средней фактической, при котором в двухсантиметровый слой почвы заделывается 80% семян.

Если принять, что закон распределения глубины заделки семян нормальный, то отклонение ?=1 см, вероятность которого Р=0,8, t=1,3 [8]. Поэтому предельное отклонение глубины хода сошника дн не должно превышать:

(6).

где [дн] - допустимое предельное отклонение глубины хода сошника, при котором удовлетворяются агротехнические требования по равномерности глубины заделки семян. По существующим агротехническим требованиям [дн]=3•1/1,3=2,31 (см).

Последнее позволяет конкретизировать задачу настоящего теоретического исследования: найти конструктивные и кинематические параметры сошника, при которых экстремальные значения Rкz обеспечат соотношение дн?2,31 см.