Розділ 2

Розділ 2

ОСНОВИ ТЕОРІЇ ТА РОЗРАХУНКУ МАШИН ДЛЯ СІВБИ І САДІННЯ

2.1. Основні властивості насіння

2.1.1. Технологічні властивості насіння

Під технологічними властивостями насіння розуміють лише ті його властивості, які істотно впливають на характер і закономірнос- ті процесу висіву (садіння). Такими властивостями є форма, розмі- ри, щільність і маса, фрикційні властивості, здатність насіння чи- нити опір деяким видам деформацій тощо.

Форма насіння може бути еліпсо-, куле-, сочевице-, бобово- або пірамідоподібною.

Розміри насіння характеризуються довжиною l, шириною b і то- вщиною δ. Довжина насіння зернових культур змінюється від 4,0 (яра пшениця) до 18,6 мм (овес), просапних культур — від 1,8 до 13,5 мм; ширина — від 1,4 до 4,0 мм; товщина — від 1,0 до 4,5 мм; ширина насіння просапних культур — від 1,5 до 11,5 мм; товщи- на — від 1,5 до 8,0 мм.

Форма і розміри насіння впливають на процес висипання насін- ня із отвору бункера. Від них залежить вибір типу висівного апара- та і параметрів комірок висівних дисків сівалок точного висіву.

Щільність насіння ρ визначається відношенням маси до його об’єму. Щільність насіння основних польових культур становить від 1,0 (овес) до 1,4 т/м3 (горох). На її значення впливають вологість, вміст повітря в ендоспермі й хімічний склад насіння. Чим більша щільність насіння, тим вища їх польова схожість.

Абсолютна маса насіння — це маса 1000 насінин у грамах, що відповідає середній масі однієї насінини в міліграмах. У зернових культур вона становить 20…42 г; у кукурудзи — 150…300; гороху — 100…200; проса — 7…9 і у гречки — 15…25 г. Цим терміном корис- туються тоді, коли потрібно детальніше охарактеризувати якість насіння (наприклад, у насінництві).

Об’ємна маса насіння визначається їх абсолютною масою Ga і коефіцієнтом заповнення об’єму kщ (щільність пакування), що є від-

ношенням фактичної маси одиниці об’єму зерна (1 л насіння в гра- мах) до теоретичної маси того самого об’єму Gт. Об’ємна маса насін-

124

Основи теорії та розрахунку машин для сівби і садіння

ня основних зернових культур змінюється від 400…565 (овес) до 750…880 г/л (озима пшениця); кукурудзи — 700…865 г/л.

Значення коефіцієнта щільності заповнення насіння змінюється в широких межах. Для насіння основних зернових колосових куль- тур kщ = 0,58…0,65. Масу 1000 насінин і абсолютну масу слід врахо-

вувати при розрахунку норми висіву насіння і перерахунку із зада- ної норми, що визначена в кількості зерна на 1 га, на норму, що ви- ражається в кілограмах на гектар (кг/га).

Міцність насіння визначають, ураховуючи навантаження, що призводить до травмування насіння і зниження їх сходів та вро- жайності. Для насіння бавовнику та сої міцність становить 49…52 Н, кукурудзи — 49…59 Н і т.д. Її слід ураховувати при визначенні оп- тимальних параметрів робочих органів і режимів їх роботи.

Пружність насіння характеризується коефіцієнтом відновлен- ня при ударі, тобто відношенням нормальних складових швидко- стей насіння відповідно до і після удару по поверхні. Коефіцієнт пружності змінюється в широких межах (наприклад, для гороху —

0,30…0,42).

Співударяння в робочих органах спостерігається при виконанні різних процесів: у зернових сівалках — під час руху насіння по на- сіннєпроводам і потраплянні на дно борозенки, в просапних — під час роботи від’єднувачів та виштовхувачів, у процесі гніздоутворення.

Фрикційні властивості. Основний вид тертя насіння — тертя ковзання. Як правило, тертя насіння має невелике значення й істо- тно не впливає на закономірність руху насіння.

Для насіння пшениці, ячменю і кукурудзи динамічний коефі- цієнт зовнішнього тертя fд становить 0,3…0,5. Зі статичним коефі-

цієнтом fст він співвідноситься так:

fд = (0,6…0,7) fст.

Коефіцієнт внутрішнього тертя насіння основних зернових культур f ′ = 0,44…0,57.

Кут природного укосу насіння залежить від його вологості. У разі збільшення вологості пшениці від 11 до 15 % кут природного укосу збільшується від 34 до 37°. Критична вологість зерна становить

14…15 %.

2.1.2. Закономірності руху насіння

Висипання насіння з отворів бункерів та місткостей сівалок ха- рактеризується закономірністю руху сипких тіл. За даними профе- сора О.М. Семенова, насіння висипається з отворів за п’ять етапів. Спочатку висипаються нижні шари насіння, внаслідок чого рівень

125

Розділ 2

усієї маси насіння рівномірно знижується. При цьому насіння по- вертається боковою віссю за напрямком руху, а напрямок висипан- ня поширюється від отвору до верхнього рівня насіння. Витрати на- сіння на першому етапі визначають за законом витікання рідини із отвору:

Q1 = µS 2gh,

(2.1)

де Q1 — витрати насіння, см3/с; µ — коефіцієнт опору; S — площа отвору, см2; g — прискорення вільного падіння, м/с2; h — висота

стовпа насіння, см.

Коли рівень насіння в місткості досягає певної висоти h1 над

отвором, із якого висипається насіння, створюється динамічне роз- вантажувальне склепіння, що має форму параболоїда. Перший етап висипання переходить у другий, під час якого насіння падає з пев- ної висоти, яку визначають за виразом

h	= rз	,	(2.2)
1	f ′

де h1 — висота склепіння, см; rз — зведений радіус отвору, см, що

дорівнює подвійному гідравлічному радіусу; f ′ — коефіцієнт внут-

рішнього тертя.

Витрати на другому етапі, см3/с:

Q		=1,47λλ	S	r			0,5	,	(2.3)
	II				з
		1
				f		′

де λ, λ1 — коефіцієнти витрат, що залежать від питомої маси і щіль-

ності укладання, розмірів насіння і радіуса вихідного отвору.

За даними О.М. Семенова, для пшениці λ = 1, а λ1 = 0,68…0,93.

Тільки-но процес висипання поширюється до верхнього рівня, створюється воронка — починається третій етап.

Насіння, що знаходиться поза межами центрального стовпа, сті- кає у воронку під кутом природного укосу, таким чином забезпечу- ється поповнення потоку насіння. Відмінність у швидкостях руху центрального потоку і стічних бокових шарів призводить до певного заглиблення воронки, а також до збільшення її діаметра через за- валювання бокових шарів зерна на межі з центральним стовпом. Витрати на третьому етапі, см3/с:

QIII = (1,47kплSrз0,25 ) f ′0,5.

(2.4)

Коли верхній рівень насіння, що постійно знижується, досягає висоти динамічного розвантажувального склепіння, склепіння руй-

126

Основи теорії та розрахунку машин для сівби і садіння

нується і висипання уповільнюється — починається четвертий етап. Витрати на цьому етапі визначають за формулою (2.4). Проте оскіль- ки висота склепіння зменшується і прямує до нуля, витрати в кінці дорівнюватимуть нулю. На п’ятому етапі насіння висипається по похилій площині дна бункера.

Отже, встановлюється певна черговість витікання зерна: спочат- ку витікає насіння центрального стовпа, починаючи з нижнього шару і закінчуючи верхнім, потім насіння бокових шарів, починаю- чи з верхнього і закінчуючи нижнім.

Аналіз виразів (2.1) — (2.3) засвідчує, що витрати зерна не зале- жать від висоти шару насіння в місткостях над отвором. Вони змен- шуються лише тоді, коли зовнішні сили прогинають еластичне роз- вантажувальне склепіння або на дні насіннєвого ящика залишаєть- ся менший шар насіння, ніж висота цього склепіння. В цей період видно, що витрати матеріалу при вільному витіканні залежать пе- реважно від площі перерізу вихідного отвору.

Якщо переріз вихідного отвору зменшується, то витікання насін- ня крізь отвір може зупинитися, хоча діаметр отвору в цей момент ще значно більший від середнього поперечного розміру зерна. За експериментальними даними О.М. Семенова, витікання насіння крізь отвір зупиниться тоді, коли

rкр ≤ 4 ab,	(2.5)
де rкр — критичний радіус отвору, мм;	ab — середній поперечний

розмір зерна (для пшениці становить 2,2 мм; ячменю — 2,4; кукуру-

дзи — 3,2 мм).

Беручи за основу закономірності вільного витікання сипкого сільськогосподарського матеріалу із місткості, можна обґрунтувати її основні параметри.

Ширину днища bдн визначають за формулою
bдн = d0 + 2b1 ,	(2.6)

де d0 — оптимальний діаметр вихідного отвору; b1 = 20…40 мм —

припуск на кожну зі сторін отвору.

Передні та задні стінки місткості встановлюють під кутом до ос- нови, що дорівнює подвоєному куту тертя висівного матеріалу по фарбованій металевій поверхні.

Довжину місткості lм обчислюють за виразом

lм = b(Z +1),

(2.7)

де b — ширина міжрядь; Z — кількість сошників.

Площу поперечного перерізу місткості визначають за формулою

127