close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Повышение качества посева семян зерновых культур сеялкой с катушечным высевающим аппаратом секционного типа

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Щученков Алексей Юрьевич
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОСЕВА СЕМЯН ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР
СЕЯЛКОЙ С КАТУШЕЧНЫМ ВЫСЕВАЮЩИМ АППАРАТОМ
СЕКЦИОННОГО ТИПА
Специальность 05.20.01 –
технологии и средства механизации
сельского хозяйства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Пенза – 2018
1
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Пензенский государственный аграрный
университет» (ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ) на кафедре «Механизация технологических процессов в агропромышленном комплексе»
Научный руководитель
Ларюшин Николай Петрович,
доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты:
Цепляев Алексей Николаевич,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор,
ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ,
профессор кафедры «Технические системы в АПК»
Овчинников Владимир Анатольевич,
кандидат технических наук, доцент,
ФГБОУ ВО «МГУ им. Н.П. Огарёва»,
доцент кафедры «Мобильных энергетических
средств
и
сельскохозяйственных
машин
им. профессора А.И. Лещанкина»
Ведущая организация
Федеральное
государственное
бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Саратовский
государственный
аграрный
университет им. Н.И. Вавилова»
(ФГБОУ ВО Саратовский ГАУ)
Защита состоится «14» декабря 2018 г. в 12 часов на заседании диссертационного
совета Д 220.053.02 на базе ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ по адресу: 440014,
г. Пенза, ул. Ботаническая, 30, ауд. 1246.
С
диссертацией
можно
ознакомиться
ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ и на сайте http://pgau.ru /
в
библиотеке
Автореферат разослан «____» ____________ 2018 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
доктор технических наук, доцент
Мачнев Алексей Валентинович
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В современных условиях наиболее важной операцией
при возделывании зерновых культур является посев. При этом соблюдение агротехнических требований является залогом больших урожаев зерновых культур и высокой
рентабельности производства.
В сеялках рядового посева зерновых культур наиболее важными рабочими органами являются высевающие аппараты, при этом они должны обеспечивать равномерность подачи семенного материала в семяпровод с постоянной интенсивностью,
что в результате приводит к снижению неустойчивости общего высева, неравномерности распределения семян по длине рядка при заданной норме высева с учётом площади питания растения конкретного сорта, дробления семян.
Существующие высевающие аппараты зачастую не отвечают предъявляемым
к ним агротехническим требованиям в разрезе постоянства потока семян поступающих из высевающего аппарата в семяпровод без пульсации, в результате чего происходит повышение коэффициента вариации распределения семян по длине рядка,
неустойчивости общего высева, дробления семян, что в конечном итоге сказывается
на снижение урожайности культуры.
На основании вышеизложенного можно заключить, что исследования, направленные на повышение качественных показателей посева зерновых культур путем разработки сеялки с катушечным высевающим аппаратом секционного типа, являются
актуальными и имеют важное экономическое и хозяйственное значение
для АПК России.
Степень разработанности темы. Значительный вклад в развитие современных
конструкций посевных машин и комплексов, высевающих аппаратов для посева
семян зерновых культур внесли ученые С.В. Вдовкин, В.П. Горячкин, С.А. Ивженко,
Ю.М. Исаев, С.В. Кардашевский, А.Н. Карпенко, Н.И. Кленин, Ю. В. Комаров,
В.Е. Комаристов, Н.П. Крючин, М.Н. Летошнев, Н.П. Ларюшин, Г.Е. Листопад,
А.Н. Морозов, В.А. Овчинников, А.М. Петров, И.М. Павлов, М.В. Сабликов,
Ю.А. Савельев, А.Н. Семенов, А.Н. Цепляев, В.В. Шумаев, А.В. Мачнев, R.U. Tissen,
G.V. Brook, R.H. Steen и др.
В настоящее время разработаны посевные машины с различными конструкциями высевающих аппаратов для посева семян зерновых культур. Среди них следует
отметить известные высевающие аппараты, выполненные в виде катушки с ребрами,
с винтовой катушкой, секционной катушкой и др. для посева семян зерновых культур.
Среди зарубежных посевных машин нашли распространение сеялки таких фирм,
как Amazone, Gaspardo, John Deere, при этом всем вышеперечисленным высевающим
аппаратам присущи недостатки отечественных посевных машин, которые в итоге
приводят к ухудшению качества посева, увеличенному расходу посевного материала,
снижению урожайности культуры и повышению себестоимости получаемой продукции. Поэтому разработка высевающего аппарата секционного типа для сеялки, осуществляющей посев семян зерновых культур, является актуальной и практически
значимой задачей для АПК России.
Работа выполнена по плану НИОКР ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ, тема № 32
«Ресурсосберегающие технологии и технические средства для производства продукции растениеводства и животноводства».
Цель работы – повышение качества посева семян зерновых культур сеялкой
с катушечным высевающим аппаратом секционного типа.
3
Задачи исследований:
1. Обосновать и разработать конструктивно-технологическую схему и конструкцию высевающего аппарата с катушкой секционного типа зерновой сеялки
с учетом физико-механических свойств семян.
2. Выполнить теоретические исследования технологического процесса посева семян зерновых культур зерновой сеялкой с экспериментальным высевающим аппаратом.
3. Разработать и изготовить опытно-конструкторский образец высевающего аппарата с катушкой секционного типа для посева семян зерновых культур, провести
лабораторные исследования по определению его оптимальных конструктивных и режимных параметров.
4. Провести лабораторно-полевые исследования сеялки, оснащенной высевающими аппаратами с катушками секционного типа, при посеве семян зерновых культур
и определить технико-экономическую эффективность от ее использования.
Объект исследований. Технологический процесс высева семян зерновых
культур экспериментальным высевающим аппаратом.
Предмет исследований. Оценочные показатели качества высева семян зерновых культур, конструктивные и режимные параметры высевающего аппарата с катушкой секционного типа.
Научную новизну работы составляют:
− теоретическое обоснование процесса высева семян зерновых культур высевающим аппаратом с катушкой секционного типа;
− конструктивно-технологическая схема и конструкция высевающего аппарата
с катушкой секционного типа для посева семян зерновых культур, разработанная
с помощью 3D моделирования;
− оптимальные конструктивные и режимные параметры экспериментального
высевающего аппарата;
− оценочные показатели качества посева семян зерновых культур.
Теоретическая и практическая значимость. Проведенные научные исследования послужили основой для разработки конструкции высевающего аппарата с катушкой секционного типа, для посева семян зерновых культур. Теоретически обоснованы объём секционной катушки с открытыми лотками в зависимости от числа секций и радиуса, траектория движения семени после выхода из высевающего аппарата,
частота вращения катушки, угол наклона образующей открытого лотка катушки,
диаметр открытого лотка, максимальная высота подъёма семени в зависимости от угла наклона образующей открытого лотка, дальность полёта семени после схода с катушки. Использование экспериментального высевающего аппарата позволяет снизить
неравномерность распределения семян зерновых культур по длине рядка – до 22 %,
неустойчивость общего высева до 1,8 %, при этом дробление семян снижено до 0,2 %,
по сравнению с серийно выпускаемым высевающим аппаратом.
Методология и методы исследований. Теоретические методы основывались
на принципах классической механики, математического анализа, синтеза, моделирования и др. Экспериментальные методы использовались при проведении лабораторных и лабораторно-полевых исследований с использованием теории многофакторного
эксперимента, математической статистики и действующих ГОСТ 31345-2007,
ГОСТ Р 52325-2005, СТО АИСТ 5.6-2010 и др. Обработка экспериментальных данных выполнена с использованием прикладных программ «Statistica 6.0», «MathCAD»,
программ 3D моделирования и др.
4
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
1. Конструкция высевающего аппарата с катушкой секционного типа
для посева семян зерновых культур.
2. Теоретические исследования технологического процесса высева семян
зерновых культур экспериментальным высевающим аппаратом.
3. Оптимальные конструктивные и режимные параметры высевающего аппарата
с катушкой секционного типа для посева семян зерновых культур (частота вращения
катушки, угол наклона образующей открытого лотка катушки, диаметр открытого лотка).
Реализация результатов исследований. Зерновая сеялка СЗ-5,4-0,6, оснащенная экспериментальными высевающими аппаратами для посева семян зерновых культур, внедрена в КФХ «АНТОНОВО» Пензенской области и принята
ООО «Агро Комплект» Пензенской области к серийному производству, изготовлен
опытный образец сеялки с катушечным высевающим аппаратом секционного типа.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность
результатов проведенных исследований подтверждается:
− применением известных способов оценки качества работы посевных машин
(неравномерность распределения семян зерновых культур по длине рядка, неустойчивость общего высева, дробление семян), сравнительными исследованиями экспериментального высевающего аппарата с катушкой секционного типа и высевающего аппарата
серийной сеялки СЗ-5,4-0,6 в лабораторных и лабораторно-полевых исследованиях;
− сходимостью теоретических и экспериментальных исследований разработанного экспериментального высевающего аппарата для посева семян зерновых культур;
− использованием теории планирования многофакторного эксперимента и методов математической статистики;
− применением программного обеспечения и стандартизированных средств измерений.
Основные положения работы докладывались и были одобрены на региональных, всероссийских и международных конференциях ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ
(2014–2017 гг.), ФГБОУ ВО Самарская ГСХА (2016 г.), II туре Всероссийского конкурса научных работ среди студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Минсельхоза России в номинации «Технические науки» ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ (2016 г.),
Пенза Агро (2016 г.) г. Пенза., ФГБОУ ВО «МГУ им. Н.П. Огарёва» (2016г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том
числе получен патент РФ № 2 640 054, три статьи опубликованы в изданиях, рекомендуемых перечнем ВАК Минобрнауки РФ и три - без соавторов. Общий объем
публикаций составляет 5,65 п.л., из них лично автору принадлежит 3,15 п.л.
Личный вклад автора в работу. По теме диссертации автором выполнены все
этапы работы, заключенные в его личном участии в приведении обзора существующих посевных машин и высевающих аппаратов для посева семян зерновых культур,
постановке цели и задач исследований, теоретическом обосновании технологического
процесса посева семян зерновых культур высевающим аппаратом с катушкой секционного типа, проведении лабораторных и лабораторно-полевых исследований, получении экспериментальных данных, расчете экономической эффективности использования сеялки СЗ-5,4-0,6 с экспериментальными высевающими аппаратами.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения,
5 разделов, заключения, списка использованной литературы из 100 наименований
и приложения на 14 страницах. Диссертация изложена на 139 страницах, содержит
25 таблиц и 50 рисунков.
5
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение содержит обоснование актуальности выбранной темы исследований
и общую характеристику работы.
В первом разделе «Состояние вопроса посева семян зерновых культур.
Цель и задачи исследований» приведены особенности посева зерновых культур,
выполнен анализ способов посева семян зерновых культур, проведено изучение конструктивных схем сеялок и высевающих аппаратов для посева семян зерновых культур. Установлено, что посевные машины с механическими высевающими аппаратами
катушечного типа просты по конструкции и удобны в работе, имеют ряд несложных
регулировок и наименьшую стоимость.
В результате изучения особенностей посева зерновых культур установлено, что
перспективным направлением является посев семян зерновых культур с применением
сеялок, оснащенных катушечными высевающими аппаратами. Обусловлена необходимость обоснования и разработки конструктивно-технологической схемы и конструкции высевающего аппарата с катушкой секционного типа, обеспечивающего
снижение неравномерности распределения семян по длине рядка, неустойчивости общего высева, дробления семян.
На основе анализа литературных источников и патентной информации в работе
поставлены цель и задачи исследований.
Во втором разделе «Теоретические исследования технологического процесса высева семян зерновых культур высевающим аппаратом с катушкой секционного типа» на основе исследований особенностей конструкций высевающих аппаратов обоснована и разработана конструктивно-технологическая схема и конструкция высевающего аппарата с катушкой секционного типа (получен патент
РФ № 2 640 054).
Рисунок 1 – Схема технологического процесса высева семян зерновых культур
экспериментальным высевающим аппаратом: 1 – семенная коробка; 2 – розетка;
3 – вал; 4 – катушка; 5 – муфта; 6 – клапан; 7 – секция катушки;
8 – ребро; 9 – открытый лоток
Технологический процесс высева семян зерновых культур экспериментальным
высевающим аппаратом (рисунок 1) следующий. Семена высеваемой культуры поступают из бункера в высевающей аппарат 1 и засыпаются в объём в области секционной
катушки 4 с желобками. Вращаясь, катушка 4 перемещает семена, запавшие в желобки,
и они заполняют пространство вокруг катушки, перемещаясь в нижнюю часть семен6
ной коробки 1 и сбрасывает их в конце клапана 6 в воронку семяпровода, причем
не пульсирующе-порционно, а плавным и непрерывным потоком, что скажется на равномерности распределения семян по площади рассева и точности заданной нормы высева различных по биологическим формам семян зерновых культур, благодаря тому,
что рабочая часть катушки 4 с желобками разделена на четыре равные секции 7 секущими плоскостями, перпендикулярными продольной оси симметрии катушки. Каждая
последующая из четырех равных секций 7, повернута вокруг продольной оси симметрии катушки 4, относительно предыдущей равной секции 7, на равный угол, при этом
угол между продольными плоскостями симметрии ребер 8 четырех равных секций 7,
проведенными относительно продольной оси катушки 4, равен 15 градусам. Ребра 8
четырех равных секций 7 катушки 4 с желобками расположены в шахматном порядке
на рабочей части катушки по винтовой линии, при этом повернутые четыре равные
секции 7 вокруг продольной оси симметрии катушки и соединены между собой неподвижно, например с помощью сварки образуя секционную катушку 4.
Для лучшего заполнения семенами желобков секционной катушки 4 длина ребер 8 равна толщине секции, при этом форма ребер 8 секционной катушки 4 выполнена по форме ребер желобчатой катушки с прямыми ребрами. Профиль желобков
секционной катушки 4 выполнен по форме профиля желобков желобчатой катушки
с прямыми ребрами с учетом формы профиля открытых лотков 9 с цилиндрической
поверхностью, выполненных на рабочей поверхности ребер 8 секционной катушки 4
с желобками, при этом профиль желобка определяется площадью сечения желобка
катушки с прямыми ребрами.
Для исключения схода семян с рабочих поверхностей ребер 8 секционной катушки 4, что позволит исключить пульсирующе-порционный высев семян секционной катушкой 4 и при этом улучшить также равномерность распределения семян по
площади рассева, ребра 8 секционной катушки 4 с желобками имеют рабочие и нерабочие поверхности, расположенные соответственно по ходу вращения, при этом
на рабочей поверхности каждого ребра выполнены открытые лотки 9 с цилиндрической поверхностью. Ось симметрии цилиндра, образующего цилиндрическую
поверхность открытых лотков 9, наклонена под углом 25 град к продольным плоскостям симметрии ребер 8, проведенным относительно продольной оси симметрии секционной катушки 4. Лотки 9 с цилиндрической поверхностью, расположены симметрично на рабочей поверхности ребер 8 секционной катушки, при этом цилиндрическая поверхность открытых лотков 9 касается продольной оси симметрии поверхности перемычек, расположенных между желобками секционной катушки 4 с желобками. Открытые лотки 9 с цилиндрической поверхностью исключают сход семян с рабочей поверхности ребер 8 секционной катушки 4 с желобками во время её работы,
что исключает пульсирующе-порционный высев семян секционной катушкой.
Для более точной регулировки нормы высева семян и исключения их дробления между торцами ребер 8 секционной катушки и розеткой 2 последняя выполнена
без прорезей для ребер 8 и имеет посадочное отверстие, выполненное диаметром,
равным диаметру вала 3 привода секционных катушек 4 с желобками. Регулировка
нормы высева семян осуществляется только изменением частоты вращения секционной катушки 4 с желобками без регулировки рабочей длины её рабочей части,
при этом секционная катушка 4 с желобками обеспечивает равномерный, без пульсации высев семян с заданной нормой высева.
При теоретическом обосновании технологического процесса высева семян зерновых культур экспериментальным высевающим аппаратом необходимо определить
7
основные конструктивно-режимные параметры высевающего аппарата. Из анализа
конструкции можно заключить, что рабочий объем V секционной катушки (рисунок 2)
увеличился на величину V1 объема семян, вынесенных открытыми лотками с цилиндрической поверхностью. Увеличение рабочего объема V секционной катушки позволит при высеве семян с заданной нормой при максимальной рабочей части катушки
снизить частоту её вращения, что приведет к улучшению равномерности высева семян по площади рассева и снижению травмирования семян. Для упрощения расчетов
принимаем: семя, как материальную точку; истечение семян происходит непрерывным потоком; катушка высевающего аппарата вращается равномерно.
Рисунок 2 – Секция секционной катушки
При известной приведенной толщине Спр активного слоя расчетный рабочий
объем секции данной катушки Vж может быть выражен формулой:
Vж
fж z l р ,
(1)
2
где f ж – площадь сечения желобка секции секционной катушки, м ; l р – рабочая
длина желобков секции секционной катушки l р l рс ( l рс – толщина секции секционной катушки), м;
– коэффициент заполнения желобков секции секционной
катушки; z – число желобков секции секционной катушки, шт.
Пользуясь схемой, представленной на рисунке 3, можно записать объем желобка, V:
V V1 V2 V3 V4 ,
(2)
где V1 – объём открытого лотка на рабочей поверхности ребра секционной катушки
с желобками, м3; VЖ V2 V3 V4 – объём желобка без открытого лотка, м3.
Объём желобка без открытого лотка может быть вычислен исходя из площади S ж
(рисунок 4) сечения каждого желобка составленного из трех частей: площади S 2
сегмента, отсекаемого хордой СD от круга радиуса r ; площади S 3 трапеции,
ограниченной хордами СD и EF , с высотой h
CF sin
2
; площади S 4 сегмента,
отсекаемого хордой EF от круга радиуса Rк . При этом полагаем, что EI
(рисунок 4), исходя из конструктивных особенностей.
8
IF
r
Рисунок 3 – Секция профиля желобка
секционной катушки
Рисунок 4 – Основные размеры профиля
желобка
Вычислим площадь S 2 (рисунок 4) сегмента, отсекаемого хордой СD от круга
радиуса r . Длина хорды найдётся по формуле
(3)
СD 2r sin .
где γ – угол между биссектрисами CI и DI, град.
Тогда площадь S 2 определится как
S2
1
r CD
2
2
r 2 sin .
2
(4)
Вычислим площадь S 3 трапеции, ограниченной хордами СD и EF , полагая,
что EF
2r :
S3
CF sin
2
( EF
CF sin
2
)
CF sin
2
( 2r
CF sin
2
(5)
).
где β – угол между сторонами трапеции CF и DE, град.
Площадь S 4 сегмента, отсекаемого хордой EF 2r от круга радиуса Rк , полагая, что длина хорды равна
/
EF
где
2 Rк sin
2
– сегмент отсекаемый хордой EF от круга радиусом
Тогда площадь S 4 определится по выражению
/
S4
1
Rк EF
2
(6)
.
Rк ,
Rк 2r.
м.
(7)
Выражение (6) можно записать в следующем виде:
2r
2 Rк sin
2
,
где 2 Rк d – диаметр открытого лотка, м.
Тогда диаметр открытого лотка можно записать в следующем виде:
2r
.
d
sin
2
(8)
(9)
Вычислим объем открытого лотка АВС (рисунок 5) на рабочей поверхности ребра ВСF (рисунок 6) секционной катушки с желобками, полагая, что открытый
лоток выполнен по цилиндрической поверхности х 2 y 2 Rл2 , при этом ось симметрии цилиндра, образующего цилиндрическую поверхность открытого лотка, наклоне9
на под углом α к продольным плоскостям симметрии ребра секционной катушки
с желобками, причём внутренняя часть лотка ВС образуется сечением наклонного ци-
z
1 в каноническом виде, без пересечения с осью
b
y
z (рисунок 6) уравнение плоскости
X в первом октанте, выражая z получим b b
a
линдра секущей плоскостью
y
a
расположенной в первом и втором квадранте при условии, что у=0, z=0, причём угол
раствора сечения изменяется в пределах от χ до β. При этом угол наклона образующей открытого лотка катушки α равен:
arctg
a
,
b
(10)
где a =1/2 расстояния между ребрами желобка, м; b - высота ребра, м.
Чтобы упростить вычисления, перейдём к полярной системе координат. Пологая что:
(11)
х
соs ; y
sin ,
и заменяя dxdy на d d , при этом уравнение окружности х 2
ной системе координат примет вид:
2
соs2
2
sin2
y2
Rл2 в поляр-
Rл2 ,
(12)
Rл .
Следовательно, в заданной области полярный радиус вектор изменяется
в пределах от 0 до Rл , а полярный угол
изменяется от
до β град., при этом
уравнение плоскости также переводим в полярную систему координат, оно будет
выглядеть следующим образом: b b sin
z
a
Рисунок 5 – Схема профиля желобка
для определения объёма лотка
Рисунок 6 – Схема сечения лотка
секционной катушки
Объем АВС части открытого лотка (рисунок 5) будет найден по формуле:
V11
b
2
2
3
b
соs
3a
b
2
2
3
b
соs
.
3a
(13)
Далее рассмотрим участок ABF (рисунок 7). Предположим, что участок ABF
представляет собой часть треугольной пирамиды, в связи с малостью размеров
сектора и достаточно большим радиусом, при этом дуга AF будет представлять собой
прямую линию. Следовательно, угол АFB будет прямым.
10
Рисунок
7
–
Схема
выступающего
за
пределы
открытого лотка в
секторе АВF
секционной катушки
Вычислим объем усечённого цилиндра, выступающего за пределы открытого
лотка в секторе АВF секционной катушки, причём выступающий объём за пределы
открытого лотка сектор АВF секционной катушки образуется сечением наклонного
усечённого цилиндра a1a2bc секущей плоскостью AF z tg y с расположенной
в первом и втором квадрантах: у=а, z=0.
Изобразим половину выступающего за пределы открытого лотка в секторе АВF
секционной катушки (рисунок 7), при этом замечаем, что всякое сечение его плоскостью, параллельной плоскости PMN, представляет прямоугольный треугольник.
Найдём площадь сечения, отстоящего от точки В на расстояние ВМ=х. Из прямоугольного треугольника RPM имеем:
(14)
PM 2 ( Rл AB ) 2 ( Rл AB x) 2 .
Тогда площадь сечения S прямоугольного треугольника с катетами MN и
PM будет вычислена по выражению:
1
MN PM
2
S1, 2
1 2
х
2
1
PM 2 tg
2
2 х ( Rл
AB )
1
( Rл
2
2 AB 2
AB ) 2
х2
2
tg
( Rл
х ( Rл
x) 2
AB
AB )
tg
. (15)
AB 2
tg
При изменении х на величину dx объём V1,2 изменится на величину
V1,2 , эк-
вивалентную объёму прямого цилиндра (призмы) с высотой dx и площадью основания S :
х2
(16)
V
dV
х( R
AB ) AB 2 tg dx .
1, 2
1, 2
л
2
Всему искомому объему V1,2 соответствует изменение х от а1 до а2 , поэтому
вычислим
V1,2
, которому соответствует изменение х от 0 до а1 :
2
V1,2
2
tg (
а13
6
а12
( Rл
2
AB)
а1 AB 2 ) .
(17)
а1 AB 2 ) .
(18)
Тогда объем V1,2 будет равен:
V1, 2
2tg (
а13
6
а12
( Rл
2
AB )
Таким образом, объем открытого лотка будет вычислен по выражению:
V1
b
2
2
3
b
соs
3a
b
2
2
3
b
соs
3a
2tg
(
а13
6
а12
( Rл
2
AB )
а1 AB 2 ) .
(19)
Следовательно, объем секционной катушки (без учета активного слоя семян)
будет вычислен по формуле с учётом (1, 2, 5, 6, 7, 9):
11
V
z (4(
(r 2 sin
2
b
2
2
CF sin
3
b
2
соs
3a
b
2
3
b
2
(2r CF sin
2
соs
3a
2tg (
а13
6
а12
( Rл
2
AB ) а1 AB 2 ))
(20)
) Rк 2r ) l р )
Рабочий объем (с учетом активного слоя семян) секционной катушки Vск равен:
Vск
V
,
i
(21)
n
– передаточное отношение от приводного колеса к валику высеваюnк
щих аппаратов; n – частота вращения катушки (валика) высевающего аппарата, мин-1;
n к – частота вращения приводного колеса, мин-1.
Отсюда частота вращения катушки n будет равна:
V nк
n
.
(22)
Vск
где i
Таблица 1– Значения параметров катушечного высевающего аппарата секционного типа, полученных теоретическим путем
№
Наименование параметра
Обозначения
Величина параметра
п/п
1
Частота вращения катушки
n, мин-1
27,1
Угол наклона образующей откры2
α, град
27,8
того лотка катушки
3
Диаметр открытого лотка
d, мм
6,6
В третьем разделе «Программа и методика экспериментальных исследований» представлена разработанная программа, изложена методика экспериментальных исследований, подобраны необходимые приборы и оборудование для проведения
экспериментальных (лабораторных и лабораторно-полевых) исследований, предложена лабораторная установка для изучения технологического процесса работы экспериментального высевающего аппарата.
Программа экспериментальных исследований высевающего аппарата с секционной катушкой включала:
– лабораторные исследования по определению физико-механических свойств
семян озимой пшеницы сорта «Бирюза»;
– лабораторные исследования по определению влияния конструктивных и режимных параметров высевающего аппарата с катушкой секционного типа на оценочные показатели качества посева зерновых культур;
– лабораторно-полевые исследования экспериментальной сеялки, оснащенной
высевающим аппаратом с катушкой секционного типа, при посеве зерновых культур.
Методики проведения экспериментальных исследований разрабатывались в соответствии с ГОСТ 31345-2007, СТО АИСТ 5.6-2010, ГОСТ Р 52778-2007 и др.
Для выполнения лабораторных исследований был изготовлен экспериментальный высевающий аппарат с катушкой секционного типа. Исследования проводились на
лабораторной установке (рисунок 8) для изучения технологического процесса работы
экспериментального высевающего аппарата. Для проведения лабораторных и лабораторно-полевых исследований использовались следующие приборы и оборудование:
микроскоп МПБ-3 (ГОСТ 15150-69); транспортир (ГОСТ 13494-80); тахометр бесконтактный цифровой ТЦ-34; преобразователь частоты векторный (ПЧВ) «ОВЕН» (ГОСТ
Р 51522); весы лабораторные ACCULAB ALC; липкая лента; противень (0,8×1,0 м);
12
шкаф сушильный ШС-80-01 СПУ (ГОСТ Р 51350); бюксы (ГОСТ 7148-70); твердомер
Wile Soil и др.
При лабораторных исследованиях оценочными показателями качества посева
семян зерновых культур являлись значения неравномерности распределения семян
по длине рядка, неустойчивости общего высева и дробления семян. Физикомеханические свойства семян зерновых культур определялись согласно
ГОСТ 12036-85, ГОСТ 12042-80, ГОСТ Р 52325-2005 и действующим методикам.
Рисунок 8 – Общий вид лабораторной
установки: 1 – тележка; 2 – моторредуктор; 3, 4, 15 – цепная передача;
5, 14 – электродвигатель; 6 – ПЧВ;
7 – бункер; 8 – высевающий аппарат
с секционной катушкой; 9 – семяпровод;
10 – дисковый сошник; 11 – колесо
тележки; 12 – липкая лента; 13 – ролик;
16 – система полиспастов; 17 – трос;
18 – почвенный канал; 19 – сошник
Для нахождения коэффициента вариации семян по длине рядка опытные образцы катушки секционного типа устанавливали в экспериментальный высевающий
аппарат 8 (рисунок 8) и заполняли бункер 7 семенами не менее чем на ¾. При вращении шайбы экспериментального высевающего аппарата 8 семена поступали через семяпровод 9 в сошник 19 и укладывались на поверхность липкой ленты 12. Далее
определяли количество семян в полосах длиной 5 см липкой ленты 12. Опыты проводили в трехкратной повторности, количество исследуемых квадратов – не менее 100.
Коэффициент вариации (ν), характеризующий неравномерность распределения семян
по длине рядка, находился из выражения
100% .
(23)
где σ – стандартное отклонение, шт.;
– среднее арифметическое значение неравномерности распределения семян по длине рядка, шт.
Для нахождения неустойчивости общего высева на почвенный канал устанавливался противень размером 0,8×1,0 м. Тахометром ТЦ-34 измеряли частоту вращения вала привода экспериментального высевающего аппарата 8. Опыты проводили
в трехкратной повторности. Семена озимой пшеницы сорта «Бирюза», высеянные
экспериментальным высевающим аппаратом 8, собирали в емкости. На лабораторных
весах проводили взвешивание семян. Неустойчивость общего высева семян Hу определялась по формуле:
Ну
где
qn
100% .
qn
(24)
qn – среднеарифметическое отклонение массы семян, высеянных по повторно-
стям от среднего значения, кг; qn – средняя масса семян, высеянных всеми высевающими аппаратами из всех повторностей, кг.
13
Семена на дробление отбирают во время определения неравномерности высева
отдельными высевающими аппаратами при заданной норме высева, объединяя
для этого в среднюю пробу семена, высеянные всеми аппаратами за повторность опыта.
Из каждой средней пробы выделяют две навески. Из каждой навески выделяют
битые (дробленые) семена.
Массовую долю дробленных семян Д, %, определим по формуле:
Д
тдр
тн
100% ,
(25)
где тдр – масса семян дробленых (обрушенных или с механическими
повреждениями), выделенных из навески, г;
т н – общая масса семян в навеске, г.
Вычисление проводят с округлением до первого десятичного знака. Содержание дробленых семян предварительно должно быть определено в исходном материале. По разнице содержания дробленых семян, прошедших через высевающие аппараты, и в исходном материале определяют дробление семян высевающими аппаратами.
Лабораторно-полевые
исследования
выполнялись
в
соответствии
с ГОСТ 31345-2007 и СТО АИСТ 5.6-2010 «Сеялки тракторные. Методы испытаний».
Для проведения лабораторно-полевых исследований использовалась сеялка
СЗ-5,4-0,6 (рисунок 9, а), оснащенная экспериментальными высевающими аппаратами (рисунок 9, б) с приводом их от рычажного вариатора и применением стандартных
сошников. Сеялка состоит из рамы, зернотукового ящика, дисковых сошников, семяпроводов. Исследования проводились в 2016–2017 гг. в КФХ «АНТОНОВО» Пензенской области.
Влажность и твердость почвы определяли согласно ГОСТ 28168-89,
ГОСТ 28268-89 в день проведения опытов на глубине от 0…15 см по диагонали
участка с повторностью в десять раз. Для определения влажности нами был выбран
термовесовой метод.
а)
б)
Рисунок 9 – Общий вид сеялки СЗ-5,4-0,6 с экспериментальными высевающими
аппаратами: а) сеялка в работе на поле; б) экспериментальные высевающие аппараты, установленные на сеялке
В четвертом разделе «Результаты и анализ экспериментальных исследований» приведены основные результаты экспериментальных (лабораторных и лабораторно-полевых) исследований, представлен их анализ.
На основании проведенных лабораторных исследований определены физикомеханические свойства семян озимой пшеницы сорта «Бирюза». Среднее значение
ширины семян составляет 2,98 мм; длины семян составляет 6,11 мм; толщины семян
14
составляет 2,61 мм. Коэффициент статического трения находится в пределах
kс = 0,34…0,38.
При определении влияния конструктивных и режимных параметров высевающего аппарата на качество посева за критерии оптимизации принимали неравномерность распределения семян по длине рядка, неустойчивость общего высева и дробление семян. Результатами проведения отсеивающего эксперимента явились наиболее
значимые факторы: частота вращения катушки высевающего аппарата; диаметр открытого лотка катушки, угол наклона образующей открытого лотка катушки.
При проведении трехфакторного эксперимента за критерий оптимизации была
принята неравномерность распределения семян по длине рядка, так как она оказывает
наибольшее влияние на качество посева.
За основу трехфакторного эксперимента был положен D-оптимальный план,
в результате которого получили регрессионные уравнения характеризующие процесс
высева семян зерновых культур высевающим аппаратом.
Данные обрабатывали в программе «Statistica 6,0» модулем «Нелинейная оценка» и получили математическую зависимость коэффициента вариации распределения
семян по длине рядка от конструктивных и кинематических параметров высевающего
аппарата в закодированном виде:
Y=19,8125+3,5200X1+3,2000X3+4,7875X12+1,8875X22+
4,7875X32+1,3750X1X2+1,3750X1X3+1,7750X2X3.
(26)
Множественный коэффициент корреляции будет равен R = 0,99567288, множественная мера определенности 99,828%, финальный остаток – 0,022, а F-тест=0,98885.
Следовательно, полученная модель адекватно описывает результаты опытов. Далее были
получены двумерные сечения поверхности отклика представленные на рисунке 10.
в)
а)
Рисунок 10 – Двухмерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость
коэффициента вариации распределения семян
по длине рядка (ν) от а) частоты вращения каб)
тушки (n) и угла наклона образующей открытого
лотка катушки (α); б) угла наклона образующей
открытого лотка катушки (α) и диаметра открытого лотка (d); в) частоты вращения катушки (n) и диаметра открытого лотка (d)
Анализируя рисунок 10 видно, что при частоте вращения катушки
-1
29...30 град.,
n 27,8...28,2 мин , угле наклона образующей открытого лотка катушки
диаметре открытого лотка в пределах, d 6,4...8 мм коэффициент вариации распределения семян по длине рядка не будет превышать ν = 22 %.
15
Переход от кодированных (X1, X2, X3) значений к натуральным ( , n, h ) значениям факторов осуществляли в соответствии с условиями эксперимента. Оптимальные значения параметров , n, d в закодированном и раскодированном виде представлены в таблице 2.
Таблица 2– Оптимальные значения параметров высевающего аппарата секционного типа, полученные экспериментальным путем
№
п/п
1
2
3
Оптимальные значения факторов
В закодированном
В раскодированвиде
ном виде
Исследуемые факторы
Обозначения
Частота вращения катушки
Угол наклона образующей
открытого лотка катушки
Диаметр открытого лотка
n, мин-1
28,5
α, град
26,5
d ,мм
7
Математическая зависимость коэффициента вариации распределения семян по
длине рядка от конструктивных и кинематических параметров высевающего аппарата
в раскодированном виде будет иметь вид:
ν=331,4578-12,8943n-13,1528d+0,1915 n 2 +0,0755 2 +0,5319 d 2 +
+0,0550nα +0,0917nd+0,1183dα.
(27)
При проведении лабораторно-полевых исследований значение частоты вращения катушки n изменялось, остальные факторы (угол наклона образующей открытого
лотка катушки α, диаметр открытого лотка d) оставались постоянными, равными оптимальным значениям, полученным в результате проведения лабораторных исследований. Скорость агрегата составляла 9 км/ч. По результатам обработки опытных данных строили графики зависимостей неравномерности распределения семян зерновых
культур по длине рядка ( , %), неустойчивости общего высева, дробления семян
от частоты вращения катушки n, которые приведены на рисунке 11.
б)
а)
Рисунок 11 – Графики зависимости:
а) неравномерности распределения семян
зерновых культур по длине рядка ( )
от частоты вращения катушки (n);
б) неустойчивости общего высева Ну
от частоты вращения катушки (n);
в) дробления семян Д от частоты
в)
вращения катушки (n)
Анализ полученных зависимостей позволяет сделать вывод о том, что эти факторы оказывают значительное влияние на оценочные показатели, при этом оптимальное значение частоты вращения катушки n можно принять из интервала от 26…30 мин-1,
16
при этом неравномерность распределения семян по длине рядка составит
= 25…26 %, неустойчивость общего высева составит 1,75…1,8% и дробление семян
составит 0,18…0,2%.
В пятом разделе «Экономическая эффективность применения сеялки с экспериментальными высевающими аппаратами» приведен технико-экономический
расчет. Годовой экономический эффект при годовой загрузке 120 ч составил 184392
руб. на одну сеялку СЗ-5,4-0,6 с экспериментальными высевающими аппаратами.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Обоснована и разработана конструктивно-технологическая схема и конструкция высевающего аппарата с катушкой секционного типа, для посева семян зерновых культур (патент РФ № RU 2 640 054), на основании изучения особенностей посева зерновых культур (на примере семян озимой пшеницы сорта «Бирюза»), анализа
способов посева семян зерновых культур, обзора конструктивных схем сеялок и высевающих аппаратов для посева семян зерновых культур.
2. В результате выполненных теоретических исследований технологического
процесса высева семян зерновых культур экспериментальным высевающим аппаратом с секционной катушкой получены выражения для определения теоретического
значения объёма секционной катушки с открытыми лотками в зависимости от числа
секций и радиуса, траектории движения семени после выхода из высевающего аппарата, частоты вращения катушки, угла наклона образующей открытого лотка катушки, диаметра открытого лотка, максимальной высоты подъёма семени в зависимости
от угла наклона образующей открытого лотка, дальности полёта семени после схода
с катушки, c учетом физико-механических свойств семян, а также определены значения вычисляемых параметров.
3. Разработан и изготовлен опытно-конструкторский образец высевающего аппарата с секционной катушкой для высева семян зерновых культур, определён оптимальный тип секционной катушки, проведены лабораторные исследования по определению его оптимальных конструктивных и режимных параметров (частота вращения катушки n 27,8...28,2 мин-1, угол наклона образующей открытого лотка катушки
29...30 град., диаметр открытого лотка в пределах, d 6,4...8 мм .), влияющих
на качество посева, а именно неравномерность распределения семян по длине рядка,
неустойчивость общего высева, дробление семян. Наименьшее значение неравномерности распределения семян по длине рядка составило ν = 22 %, неустойчивость общего высева составила 1,8 %, дробление семян составило 0,2 %.
4. Проведены лабораторно-полевые исследования сеялки, оснащенной высевающими аппаратами с секционной катушкой, при посеве зерновых культур (на примере семян озимой пшеницы сорта «Бирюза»). По результатам лабораторно-полевых
исследований установлено, что наименьшее значение неравномерности распределения семян по длине рядка =25 %, неустойчивости общего высева 1,75 %, дробления
семян 0,18 %, будет наблюдаться при частоте вращения катушки n от 26 до 30 мин-1,
угле наклона образующей открытого лотка катушки α от 25 до 27 град., диаметре открытого лотка 6…7 мм., при этом скорость агрегата должна составлять 7…9 км/ч.
В среднем урожайность зерновой части семян озимой пшеницы сорта «Бирюза» увеличится на 10 % при использовании экспериментальных высевающих аппаратов.
Годовой экономический эффект при годовой загрузке 120 ч составил 184392,00 руб.
на одну сеялку СЗ-5,4-0,6 с экспериментальными высевающими аппаратами.
17
Рекомендации производству. Для повышения качества посева зерновых культур рекомендуется в высевающем аппарате сеялки СЗ-5,4-0,6 применять катушку
секционного типа, обеспечивающую при посеве снижение неустойчивости общего
высева, неравномерности распределения семян по длине рядка и дробления семян.
При изготовлении катушка секционного типа должна быть выполнена из высокопрочного и износостойкого пластмассового материала.
Перспективы дальнейшей разработки темы. Выполненные теоретические
исследования могут быть использованы для дальнейшего совершенствования высевающих аппаратов с катушкой секционного типа, при этом результаты проведенных
исследований могут быть использованы для разработки секционных катушечных высевающих аппаратов с различным объемом желобков, применение которых позволит
расширить диапазон высеваемых культур.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК при Минобрнауки РФ
1. Конструкция катушечного высевающего аппарата с секционной катушкой для
посева зерновых культур / В.Н. Кувайцев, Н.П. Ларюшин, А.Ю. Щученков и др. // Нива Поволжья. – 2017. – № 1 (42). – С. 86-91.
2. Теоретические исследования катушечного высевающего аппарата с секционной
катушкой для посева зерновых культур / Н.П. Ларюшин, А.Ю. Щученков, В.В. Шумаев //
Нива Поволжья. – 2017. – № 2 (43). – С. 70-77.
3. Полевые исследования сеялки с высевающим аппаратом с катушкой секционного
типа / А.Ю. Щученков, Н.П. Ларюшин, В.В. Шумаев и др. // Наука центральной России –
2017. - №4 (28). – С. 115-121.
Патент на изобретение
4. Пат. 2640054 Российская Федерация, МПК А 01 С 7/12, Высевающий аппарат /
Ларюшин Н.П., Кувайцев В.Н., Щученков А.Ю., Ванин Д.В., Родин А.С.; заявитель
и патентообладатель ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ. - № 2016146971; заявл. 29.11.2016; опубл.
26.12.2017, Бюл. №36. – 12 с.: ил.
Публикации в сборниках научных трудов и материалах конференций
5. Щученков, А.Ю. Факторы определяющие конструкцию высевающего аппарата /
А.Ю. Щученков, Н.П. Ларюшин // Ресурсосберегающие технологии и технические средства
для производства продукции растениеводства и животноводства: сб. мат. II Междунар. НПК. –
Пенза: РИО ПГСХА, 2015. – С. 102-105.
6. Щученков, А.Ю. Влияние конструкции высевающего аппарата на качество высева /
А.Ю. Щученков, B.C. Морозов // Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса России: сб. мат. Всеросс. НПК. – Том 2. – Пенза: РИО ПГСХА,
2015. – С. 37-38.
7. Щученков, А.Ю. Обоснование выбора высевающего аппарата / А.Ю. Щученков,
Н.П. Ларюшин // Образование, наука, практика: инновационный аспект: сб. мат. Междунар.
НПК, посвященной Дню российской науки. – Том 2. – Пенза: РИО ПГСХА, 2015. – С. 43-45.
8. Щученков, А.Ю. Состояние вопроса посева зерновых культур / А.Ю. Щученков //
Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сб. мат. Всеросс. НПК. –
Том 2. – Пенза: РИО ПГСХА, 2014. – С. 161-164.
9. Щученков, А.Ю. Физико-механические свойства семян озимой пшеницы сорта «Бирюза» / А.Ю. Щученков, А.В. Шуков // Вклад молодых ученых в аграрную науку: сб. мат. Междунар. НПК. – Кинель: РИЦ СГСХА, 2015. – С. 320-324.
10. Щученков, А.Ю. Актуальность распределения семян по площади рассева зерновых культур / А.Ю. Щученков, А.В. Шуков // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сб. мат. Всеросс. НПК. Том 2. – Пенза: РИО ПГСХА, 2015. – С. 228-230.
18
11. Щученков, А.Ю. Конструктивные особенности высевающих аппаратов зерновых
сеялок / А.Ю. Щученков, А.В. Шуков // Актуальные проблемы аграрной науки и пути их решения: сборник научных трудов. – Кинель: РИЦ СГСХА, 2016. – С. 334-338.
12. Щученков, А.Ю. Разработка программы и методики поисковых опытов по выбору
оптимальной конструкции / А.Ю. Щученков// Инновационные идеи молодых исследователей
для агропромышленного комплекса России: сб. мат. Междунар. НПК молодых ученых.
Том ІІІ / Пензенская ГСХА. – Пенза: РИО ПГСХА, 2016. – С. 61-63.
13. Щученков, А.Ю. Разработка высевающего аппарата точного высева семян /
А.Ю. Щученков// Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного
комплекса России: сб. мат. Междунар. НПК молодых ученых. Том ІІІ / Пензенская ГСХА. –
Пенза: РИО ПГСХА, 2016. – С. 63-66.
14. Щученков, А.Ю. Расчет размеров секционной катушки сеялки для посева зерновых
культур / А.Ю. Щученков, Н.П. Ларюшин, А.В. Шуков // Вклад молодых ученых в инновационное
развитие АПК России: сб. мат. Междунар. НПК молодых ученых, посвященная 65-летию ФГБОУ
ВО Пензенская ГСХА. Том 2. – Пенза: РИО ПГСХА, 2016. – С. 233-235.
15. Щученков, А.Ю. Теоретическое определение объёма открытого лотка секционной
катушки / А.Ю. Щученков, Н.П. Ларюшин, В.В. Шумаев // Инновационные идеи молодых
исследователей для агропромышленного комплекса России: сб. мат. Междунар. НПК. –
Том 3. – Пенза: РИО ПГАУ, 2017. – С. 82-85.
16. Щученков, А.Ю. Определение объёма секционной катушки / А.Ю. Щученков,
Н.П. Ларюшин, В.В. Шумаев // Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса России: сб. мат. Междунар. НПК. – Том 3. – Пенза: РИО ПГАУ,
2017. – С. 128-131.
Подписано в печать__________. Формат 60×80/16. Объем 1.0 п.л.
Тираж 100. Заказ №_______
Отпечатано с готового оригинал-макета
В Пензенской мини-типографии
Свидетельство №5551
440600, г. Пенза, ул. Московская,74
19
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
7
Размер файла
1 120 Кб
Теги
высевающей, культура, типа, зерновых, качества, катушечной, семя, посевах, аппаратов, повышения, секционного, сеялкой
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа