В зарубежных странах наряду с традиционными сеялками механического типа широкое распространение получают пневматические зерновые сеялки, в конструкциях которых реализован принцип централизованного дозирования с пневматическим транспортированием семян в сошники. Как показала практика, наибольший эффект от реализации этого принципа имеет место в широкозахватных сеялках. За счет применения одного централизованного бункера существенно сокращается время на заправку и обслуживание агрегата, что создает предпосылки к повышению производительности труда на посеве.

Пневматические сеялки выпускаются многими фирмами европейских стран, Канады, США, Австралии, а в нашей стране созданы модели СЗС-14, СЗПЦ-12. В большинстве сеялок используются оригинальные высевающие системы, которые различаются схемами технологического процесса и конструктивным исполнением основных узлов.

Высевающие системы состоят из бункера с высевающим аппаратом, пневмотранспортирующей сети с вентилятором и распределительной системой, механизмов привода высевающего аппарата и вентилятора.

Пневматические высевающие системы должны быть удобны в эксплуатации и обеспечивать необходимую для принятой ширины захвата производительность, устойчивый высев без повреждения семян и равномерное их распределение.

На рис.2 показаны технологические схемы высевающих систем наиболее распространенных моделей пневматических сеялок и устройств для ввода семян в воздушный поток. Обеспечение необходимых условий для захвата воздухом дозируемого потока семян имеет важное значение, так как поступающая под избыточным давлением струя воздуха от вентилятора стремится отбросить семена обратно к высевающему элементу. При отсутствии оптимальных условий для захвата семян может нарушаться синхронность подачи их высевающим аппаратом и пневмосистемой.

 

 РИС.2-б. Технологические схемы высевающих систем без наддува с шлюзовым затвором РИС.2-в. Технологические схемы высевающих систем с забором воздуха из атмосферы
РИС.2. Технологические схемы высевающих систем с наддувом (а) и без наддува с шлюзовым затвором (б) и с забором воздуха из атмосферы (в): 1 - в бункер и приемную камеру; 2 - в бункер

Все пневматические высевающие системы можно разделить на два типа: с наддувом и без наддува. Системы с наддувом имеют герметизированный бункер, который сообщается с магистральным трубопроводом непосредственно или через приемную камеру высевающего аппарата. При равенстве давлений над семенами в бункере и в зоне захвата воздухом дозируемый поток семян полностью отбирается от высевающего аппарата и транспортируется по пневмосети к сошникам. В системах без наддува с негерметизированным бункером для полного захвата семян предусмотрены питатели и шлюзовые затворы.

Высевающие системы с наддувом более сложны в изготовлении из-за необходимости герметизации бункера. Кроме того, ограниченные размеры люков создают неудобства при заправке. При изменении уровня семян в бункере устойчивость высева снижается. Для таких систем требуется дополнительный расход воздуха.

Шлюзовые затворы (воздушные замки), как правило, представляют собой катушку, вращающуюся в корпусе. Герметичность узла обеспечивается высокой точностью изготовления катушки и корпуса и минимальными зазорами между ними. Однако затворы чувствительны к износу рабочих поверхностей пары "катушка - корпус" и связанному с этим нарушению синхронности подачи из-за ухудшения герметичности.

В ряде зарубежных сеялок, а также в отечественных СЗС-14 и СЗПЦ-12 используются эжекторные питатели. Они состоят из конфузора и диффузора, расположенных на определенном расстоянии друг от друга и образующих между собой зону, в которой осуществляется захват семян. Эти системы не требуют дополнительного расхода воздуха на наддув, а их негерметизированные бункеры снабжены большими люками, что позволяет применять высокопроизводительные загрузчики семян.

Схемы высевающих и распределительных систем в пневматических сеялках взаимосвязаны и зависят от ширины захвата агрегата и условий эксплуатации (рис.3, 4). Различают высевающие аппараты индивидуального, группового и общего высева.

 

РИС.3-I. Flexi-coil 1000
РИС.3-II. Accord
РИС.3-III. Flexi-coil 1100, 1600
РИС.3-IV. Morris 620, 600, Napier Grasslands 620, 600< РИС.3-V. Bourgault 138, Chinook 1203
РИС.3-VI. Friggstad AF-I, AF-II
РИС.3-VII. Leon S-45, 75. Symonds
РИС.3-VIII. IH-57O0  
РИС.3. Схемы высевающих аппаратов сеялок (в скобках указаны тип высевающего элемента и способ регулирования нормы высева): I - Flexi-coil 1000 (комбинированная желобчатая катушка; заслонкой, набором элементов); II - "Accord" (желобчатая катушка; цилиндрической заслонкой, вкладышами): III - Flexi-coil 1100, 1600 (желобчатая катушка; частотой вращения, сменой катушки); IV - Morris 620, 600, Napier Grasslands 620, 600 (пакет штифтовых катушек; частотой вращения, сменой катушки); V - Bourgault 138, Chinook 1203 (шнек; частотой вращения); VI - Friggstad AF-I, AF-II (желобчатая наборная катушка из дисков; числом дисков); VII - Leon S-45, 75. "Symonds" (ленточный транспортер; заслонкой); VIII - IH-57O0 (желобчатая катушка; смещением катушки); IX - "John Shearer", Tive 4006 (штифтовая катушка; частотой вращения)

Высевающие аппараты индивидуального и группового высева в основном катушечного типа (с желобчатыми или штифтовыми катушками) отличаются конструктивным исполнением и габаритными размерами. Например, фирма Morris применяет наборные катушки штифтового типа, заключенные в блок по несколько штук в каждом.

Разные по размерам и нормам высева семена высеваются с помощью катушек как традиционных с двухрядным (для зерновых), так и комбинированных с однорядным расположением штифтов и гладкими цилиндрическими муфтами (рапс, просо и др.). В сеялках "Tive" фирмы Оvеrums Bruk для высева мелких семян используют специальные накладки, уменьшающие высоту штифтов. Регулирование норм в аппаратах индивидуального и группового высева осуществляется изменением рабочей длины желобчатых катушек или частоты вращения катушек с постоянной длиной рабочей части.

Аппараты общего высева более разнообразны по конструкции - наряду с катушечными аппаратами применяются шнековые и ленточные транспортеры. Катушечные аппараты оснащаются желобчатыми катушками, но имеют некоторые конструктивные особенности, обусловленные высевом семян разных размеров и норм высева. Так, аппараты сеялок "Асcord" снабжены для высева мелких семян вкладышами, уменьшающими объем желобков, а рабочая длина катушки изменяется цилиндрической задвижкой.

Аппарат сеялки Flexi-coil 1000 имеет комбинированную катушку с двумя участками желобков разной глубины и две плоские задвижки, одна из которых прикрывает участок с мелкими желобками, а другая - с крупными. В сеялке AF-I1 фирмы Friggstad аппарат оборудован наборной катушкой из крупно и мелкожелобчатых, а также цилиндрических дисков толщиной 6 мм, выполненных из полимерных материалов. Диски надеваются на вал, консольно закрепленный в корпусе, и удерживаются на нем гайкой. Норма высева регулируется числом соответствующих желобчатых и цилиндрических дисков.

Относительно новый тип представляют катушечные аппараты, в которых одна катушка используется для формирования нескольких потоков семян. Такие аппараты применяются в сеялках Flexi-coil 1100, 1600, а также "Great Plains". Катушки сменные - крупножелобчатые для семян зерновых культур и цилиндрические с рифлеными участками для мелких семян. Норма высева в сеялках Flexi-coil 1100 и 1600 регулируется вариатором импульсного действия.

В сеялках "Leon" и "Symonds" высевающие аппараты выполнены в виде ленточного транспортера, а в сеялках "Bourgault" и "Chinook" - в виде шнеков. Ленточные транспортеры, устанавливаемые в днище бункера, обеспечивают высокую производительность и надежность высева. Норма высева изменяется в зависимости от величины открытия выгрузного окна при подъеме или опускании заслонки. Однако такие высевающие аппараты менее пригодны для точного высева.

Высевающие аппараты шнекового типа сеялки "Chinook" изготавливаются из коррозионностойких металлов (для удобрений) и из полимерных материалов (для семян). Эксплуатационные свойства таких аппаратов пока мало изучены.

Наиболее рациональны высевающие аппараты катушечного типа в пластмассовом исполнении с комбинированной катушкой, норма высева в которых устанавливается путем изменения длины рабочей части катушки. Такие аппараты не требуют сложных механизмов привода. Для высева гранулированных минеральных удобрений более приемлемы аппараты с катушкой постоянной длины. Норма высева в них регулируется частотой ее вращения (как, например, в отечественной сеялке СЗПЦ-12).

Распределительные системы пневматических сеялок (см. рис.4) различаются в основном числом ступеней деления транспортируемого воздухом потока семян.

 

РИС.4-а. Схема индивидуального высева бесступенчатого распределения
РИС.4-б. Схема группового высева одноступенчатого распределения РИС.4-в. Схема общего высева двухступенчатого распределения
РИС.4-г. Схема одноступенчатого распределения
РИС.4. Схемы индивидуального (а), группового (б) и общего (в) высева одно-(б, г), двух-(в) и бесступенчатого (а) распределения.

В системах с индивидуальным высевом, в которых число аппаратов равно числу сошников, поток на части не делится. Такие системы применяются в сеялках с шириной захвата не более 9 м (при небольших междурядьях). Увеличение ширины захвата влечет за собой рост габаритных размеров бункера. Преимущество сеялок с индивидуальным высевом состоит в удобстве перестройки на различную ширину междурядий и различную ширину захвата путем перекрытия необходимого числа высевающих аппаратов.

В системах с групповым высевом потоки делятся по одноступенчатой схеме с помощью головок, рассчитанных на обслуживание 5-12 сошников. Для изменения ширины захвата сеялок в зависимости от условий работы предусматривается использование комплектов головок с различным числом отводящих каналов. Недостаток систем с групповым высевом состоит в сложности регулирования равномерности распределения потоков. С учетом характера распределения в делительных головках общая неравномерность достигает 9 - 16%.

В системах с общим высевом поток делится по одно- или двухступенчатой схеме. Первые применяются в сеялках с шириной захвата до 8 м, вторые - до 15 м и более.

В распределительных двухступенчатых системах используются круглые и плоские делительные головки. Круглые головки устанавливаются на вынесенной за пределы бункера вертикальной колонне (кроме сеялки Chinook 1203, у которой делительная головка расположена в основании колонны). Плоские головки выполняются заодно с отводящим плоским трубопроводом и располагаются на выходе его из бункера (системы сеялок "Leon" и "Symonds"). К делительным головкам второй ступени семена подводятся сверху или снизу.

К несовершенству распределительных систем зарубежных сеялок относятся недостаточные пропускная способность и равномерность подачи семян в сошники. Испытанные в нашей стране сеялки ряда зарубежных фирм не обеспечивали требуемые нормы высева ячменя, овса и пшеницы. Неравномерность распределения семян по сошникам достигала в них 16 - 19%, что объясняется отсутствием регулировочных элементов в делительных головках, применением трубопроводов малых диаметров, а также недостаточной производительностью вентиляторов для больших норм высева, принятых в нашей стране.

Отечественные сеялки СЗС-14, СЗПЦ-12 оснащаются двухступенчатыми распределительными системами с двумя малогабаритными вентиляторами, трубопроводами больших диаметров и делительными головками с регулировочными элементами, что обеспечивает нормы высева с неравномерностью до 5 - 7%.

Механизмы привода высевающих аппаратов (рис. 5).

 

РИС.5-I. Цепной от ходового привод

РИС.5-II. Цепной от фрикционного приводного колеса РИС.5-III. Цепной от ходового колеса через вариатор

РИС.5-IV. Гидравлический от ходового колеса
РИС.5. Схемы механизмов привода высевающих аппаратов (в скобках приведены марки сеялок): I - цепной от ходового (Flexi-coil 1000, "Accord DL", "Vlcon") и приводного (CI-1150, Leon 75, "Blanchard". Chinook 1203, "John Deere", "Prasco") колес; II - цепной от фрикционного приводного колеса (Leon S-45, Bourgault 138, "Symonds", "Horsch" и т. д.); III - цепной от ходового колеса через вариатор (Morris М600, 620, Great Plains 45, Napier Grasslands 600, S15, 620); IV - гидравлический от ходового колеса (Friggstad AF-1, AF-П)

Привод высевающих аппаратом осуществляется непосредственно от ходовых колес сеялки или от дополнительных приводных колес, опирающихся на ходовое колесо либо непосредственно на почву. Управляются приводные колеса гидроцилиндрами. Для изменения скоростей вращения предусмотрены сменные звездочки, коробки передач или вариаторы, а для отключения привода при транспортных переездах и поворотах - разобщители, управляемые с помощью гидравлических, механических и электрических устройств. В некоторых сеялках, например Friggstad AF-I, AF-II, для передачи вращающего момента на вал высевающего аппарата применяются автономные гидропередачи. Однако использование гидропривода высевающих аппаратов приводит к удорожанию сеялки в целом и поэтому не получило широкого распространения.

В отечественных пневматических сеялках СЗС-14 и СЗПЦ-12 высевающие аппараты приводятся от ходового колеса с помощью цепной передачи, сменных звездочек и механического разобщителя, управляемого гидроцилиндром. Для удобства установки нормы высева удобрений механизм привода туковысевающих аппаратов оборудован коробкой передач.

В пневматических высевающих системах применяются вентиляторы центробежного типа высокого давления (рис. 6). Их модели различаются в основном размерами рабочих колес, формой и числом лопаток и частотой вращения.

 

РИС.6-а. Accord, Vicon, CI-1150       РИС.6-б. Tive 4006
РИС.6-в. Flexi-coil 1000, Leon S-45

РИС.6. Схемы и основные параметры (в скобках) - число лопаток, В/Ь, D/d и частота вращения рабочего колеса (мин-1) вентиляторов в сеялках: а - "Accord", "Vicon", CI-1150 (42, 135/61, 320/255, 4500): б - Tive 4006 ( 8, 120/35, 505/190, 4500): в -Flexi-coil 1000, Leon S-45 (10, 115/90, 560/290, 3500)

Наиболее распространены два типа вентиляторов: с большим (более 10) числом лопаток, имеющие сравнительно небольшие размеры рабочих колес и высокую (до 5000 мин-1) частоту их вращения; с числом лопаток не более 10, оснащенные рабочими колесами значительно большего диаметра, с частотой вращения до 3500 мин-1.

Вентиляторы первого типа обеспечивают требуемый расход и полное давление воздуха при небольших габаритных размерах и массе. Однако из-за высокой частоты вращения точность их изготовления и надежность работы должны быть высокими. Рабочие колеса и спиральные кожухи выполняются штампосварными или клепаными, а кожухи с малыми габаритными размерами - литыми из полимеров или алюминиевых сплавов.

Энергетические показатели пневматических высевающих систем. Несмотря на то что имеется много типов высевающих систем, сравнительные показатели их энергоемкости еще не выявлены. При создании сеялок главное внимание уделяется обеспечению устойчивости процесса пневмотранспортирования и равномерности распределения семян. Однако современные требования по сокращению энергопотребления диктуют необходимость анализа энергоемкости пневматических сеялок.

 

Тип системы Ширина захвата сеялки, м Подача высеваемого материала, кг/с Требуемая мощность, кВт Удельные энергозатраты, кВт/(кг/с)
Группового высева:
  • без наддува
10,7-19,5 1-1,3 13,2-20 12-15
  • с наддувом
до 17,2 1-2,2 15-20 9-15
Общего высева:
  • без наддува
6-14,4 0,5-1,2 4,5-15,4 9,8-19
  • с наддувом
до 9,5 1-1,5 8-22 8-15
Индивидуального высева без наддува 6-9 0,4-0,6 9,5-13 до 23

 

Если условно принять для всех типов сеялок одинаковую скорость посева при одинаковой норме, то, зная ширину их захвата, можно рассчитать секундную подачу высеваемого материала. Сопоставимый показатель энергозатрат пневматической системы найдем делением общей для сеялки требуемой мощности на секундную подачу. Исходные данные по нескольким машинам с высевающими системами одного типа и удельные энергозатраты приведены в таблице. Как видно, несколько меньшие энергозатраты - у систем общего высева с наддувом без эжекционных устройств, а наибольшие - у систем с индивидуальными высевающими аппаратами, оснащенных большим числом эжекторов.

ВЫВОДЫ

Номенклатура пневматических зерновых сеялок и высевающих систем расширяется. Наблюдается тенденция к комбинированию высевающих аппаратов с делителями распределительных систем и упразднению регулировочных элементов в делительных головках.

В отечественных сеялках применение комбинированных высевающих систем и отказ от регулировочных элементов сдерживаются из-за жестких требований к неравномерности высева (3-5%). По данным ряда организаций, этот допуск может быть значительно расширен, что необходимо учитывать при разработке и согласовании заявок и технических заданий на создание новых пневматических сеялок.

УДК 631.3.002

 

Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1988, № 1
Инж. И. Е. ВНУКОВ, канд. техн. наук Н.И.ЛЮБУШКО (НПО ВИСХОМ)