close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

27.Рекомендации по прогнозированию и снижению травмирования семян при послеуборочной обработке Воронеж. гос. аграр. ун-т [подгот. В. В. Кузнецов, С. З. Манойлина, А. Н. Винников] . ВГАУ, 2010 . 11 с

код для вставкиСкачать
Министерство сельского хозяйства РФ
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Воронежский государственный аграрный университет
имени К.Д. Глинки»
РЕКОМЕНДАЦИИ
по прогнозированию и снижению
травмирования семян
при послеуборочной обработке
ВОРОНЕЖ
2010
Составители: доктор технических наук В.В. Кузнецов, инженер С.З.
Манойлина, советник отдела научно-инновационного и технического
развития департамента аграрной политики Воронежской области,
кандидат технических наук А.Н. Винников.
Рекомендации по прогнозированию и снижению травмирования
семян при послеуборочной обработке печатаются по решению кафедры «Технологии конструкционных материалов, метрологии, стандартизации и сертификации» (протокол № 5 от 11.02.10 г.) и решением
методической комиссии агроинженерного факультета (протокол № 6
от 26.02.10 г.)
Печатается по рекомендации отраслевой секции инновационной
и технической политики научно-технического совета департамента
аграрной политики Воронежской области.
Рекомендуется для агрономов семеноводческих хозяйств, элеваторов, работников семенных станций.
Разработанная программа прогнозирования травмирования зерновых культур одобрена отраслевой секцией инновационной и технической политики научно-технического совета департамента аграрной политики Воронежской области (протокол № 2 от « 17 » декабря 2009 г.) и
рекомендована к использованию в семеочистительных пунктах и хозяйствах области.
В рекомендациях показаны пути снижения травмирования семян
при послеуборочной обработке за счет совершенствования методики
определения и прогнозирование микротравмирования.
2
Травмирование – одна из наиболее существенных причин снижения товарности семян непосредственно в год уборки и уменьшения
продуктивности растения последующего поколения. Исследования
показали, что при использовании посевного материала с примесью
27–38% травмированных семян на каждые 100 га теряется более 20 т
зерна, 0,2 центнера с гектара.
Проблема травмирования семян в последнее время приобретает
большое значение в связи с неудовлетворительным состоянием материально-технической базы обработки и хранения семян и её продолжающимся ухудшением. Оборудование физически изношено, эксплуатируется за пределами амортизационных сроков, ремонтируется,
в основном, кустарно силами хозяйств.
В связи с этим возникла необходимость изучить влияние технологических факторов послеуборочной обработки, параметров силового воздействия контрповерхностей и морфолого-анатомического
строения семян на их травмирование.
Существующая методика предусматривает определение травмирования семян следующим образом: обработанные 0,5%-ным раствором индигокармина, семена после просыхания разбирают по 6 видам
травм, используя для этого лупу 10-кратного увеличения: семена с
выбитым зародышем, семена с поврежденным зародышем, поврежденной оболочкой зародыша и эндосперма, поврежденным эндоспермом, поврежденной оболочкой эндосперма. Используя полученные
данные, определяют приведенное количество микротравмированных
семян. Все виды травм приводили к одному – поврежден зародыш.
При данной методике количественная характеристика микротравмирования, а именно длина, ширина и количество микротрещин не определялась.
Нами предложена усовершенствованная методика определения
микротравмирования семян.
Были проведены исследования бобовых культур, зерновок тритикале при увеличении кратности 10, 16, 26, 40, 50, 80 раз на партии
по 50 объектов.
Исследования показали, что увеличение 10, 16 раз дает только
общую картину разрушения семян (макротрещины), плохо видны локальные участки и микротрещины. Увеличение 80 раз непригодно для
исследования, так как не позволяет наблюдать картину разрушения,
при таком увеличении поверхность должна быть отшлифована и объект наблюдения должен располагаться в одной плоскости, что невозможно для семян. При увеличении 50 раз хорошо видны локальные
3
участки, микротрещины (трещины, невидимые при увеличении 10
раз), вмятины, но увеличение 50 раз не дает общей картины разрушения семян.
По нашему мнению, наиболее пригодно для исследования увеличение 26 раз. Оно дает общую картину разрушения, характер распространения макро-и микротрещин.
Усовершенствованная методика определения микротравмирования семян, предложенная нами, позволяет определять и прогнозировать травмирование при сложных динамических воздействиях, сочетающих нормальное силовое воздействие и относительное движение
контактирующей поверхности семян. Исследования проводились на
десяти зерновках по двум культурам (рожь Волгоградская, пшеница
Воронежская 7). Линейная скорость относительного движения зерновки к контрповерхности для экспериментальных исследований соответствовала реальным скоростям в зерноочистительных машинам–
0,42…5,1 м/с. Цилиндрические решета имеют линейную окружную
скорость цилиндра 0,65… 0,75 м/с, быстроходные сортировальные
цилиндры – 0,9..2 м/с, спиральный сортировальный цилиндр имеет
линейную скорость на периферии цилиндра 1,5…2,5 м/с. В овсюжном
триере скорость осевого движения зерна всего 0,027 м/с. Осевая скорость зерна для тихоходных триеров с наклонной осью–0,044…0,065
м/с, для быстроходных–0,025…0,038 м/с. Число оборотов в минуту у
триерного цилиндра: ТП-400 – 35…40, ТЛ-400 – 30…35, ТУ-400 –
40…45. В зерноочистительном агрегате ЗАВ-40 число оборотов триерных цилиндров–30…45 в минуту, в машине «Пектус К-236» – 30
об/мин.
Известно, что наибольшее количество семян травмируется при
перемещении по шероховатой поверхности, например по бетонной
поверхности завальной ямы, бункеров, приемников нории.
По предложенной методике исследования проводились на 10
зерновках пшеницы мягкой Альбидум. Силовое воздействие приходилось в различные образцы шероховатости (Ст.3). Исследовалась зависимость параметров травмирования (суммарное количество трещин, длина и ширина микротрещин) от шероховатости контртела.
Шероховатость изменяли: Rа 0,2; 0,4; 0,8; 1,6; 3,2; 6,3.
Большой процент травмированных семян наблюдается при трении зерновых потоков: изнашиваются оболочки семян, разрушается
эпидермис, вскрываются клетки алейронового слоя, разрушаются и
выпадают отдельные клетки эндосперма. Наблюдается дефект типа
4
воронки с валиком по периферии, являющийся следствием разряда
трибоэлектрического заряда, поэтому исследовались параметры микротравмирования при силовом воздействии с различными контрповерхностями (силовое воздействие зерна по зерну, по дереву мягких
пород, (сосна), по металлопластику, по металлу Ст.З) для двух культур (пшеницы мягкой Альбидум и ржи яровой Волгоградской на 10
зерновках).
Исследовалась длина микротрещин при силовом воздействии в
зависимости от числа соударений для пшеницы мягкой Альбидум на
10 зерновках. Число соударений изменяли от одного до пяти.
Нами была поставлена задача исследовать параметры микротравмирования для пшениц твердых и мягких сортов.
Травмирование как результат процесса взаимодействия семян с
рабочими органами зерноочистительных машин (внешние факторы) и
морфолого-анатомических и физико-механических свойств семян
(внутренние факторы) зависит от большого числа параметров, независимых и взаимоопределяющих, изменяющихся в широких пределах. Для оценки травмирования семян необходимо изучить структурную модель этого процесса.
В указанную модель входят морфолого-анатомические, физикомеханические свойства семян, параметры силового воздействия и характеристика контакта семян и контрповерхности. Химический состав семян, морфолого-анатомическое строение семянки, влажность и
температура влияют на многие физико-механические свойства и определяют посевные и урожайные качества. Поэтому в схеме «Травмирование семян при силовом воздействии» блок морфоанатомических свойств семян, параметры влажность и температура
отсутствуют. Все эти факторы учитываются при рассмотрении блока
физико-механических свойств опосредованно.
Установлено, что травмирование семян при силовом воздействии рабочих органов есть функция 9 переменных.
L=f(F, P, Е, r , k, Rz, S, D, m),
(1),
2
где F – усилие воздействия на единичную семянку, кгм/с ,
Р– импульс силы, кгм/с,
Е– модуль упругости, кг/м2,
3
r – плотность семянки или боба, кг/м ,
k– жесткость оболочки семянки или боба, кгм/с2
5
S– площадь контакта м2,
D– диаметр семянки, м2
m– масса семянки, кг.
Травмирование семян – это сложное явление. Проводились
предварительные экспериментальные исследования, по результатам
которых травмирование, прежде всего, характеризуется длиной и шириной микротрещин L (м), а потом уже их количеством.
Проанализировав размерности всех параметров, определили
число размерностей: М – размерность массы, L – размерность длины,
Т – размерность времени. Используя теорию размерностей, построили математическую модель процесса травмирования. В критериальной форме уравнение травмирования имеет вид
F(p1; p2 ; p3 ; p4 ; p5 ; p6 ) = 0 .
Образуем p- критерии:
p1 = F e11 Р e12 Е e13 r ,
(2)
p2 = Fe 21 Р e 22 Е e 23 k ,
(3)
p3 = Fe 31 Р e32 Е e 33 R z ,
(4)
p4 = Fe 41 Р e 42 Е e 43 S ,
(5)
p5 = Fe51 Р e 52 Е e 53 D ,
(6)
p6 = Fe61 Р e 62 Е e 63 m ,
(7)
Используя теорию размерностей, мы получили уравнение процесса в безразмерном виде
3
F 3r k
E ES
Е
m
L=f( 2 2 , , R z
),
,
,D
, F2 2
F
F F
F
P E
Р Е
(8)
где L–травмирование семян при силовом воздействии.
Каков физический смысл критериев p ? Критерий
p1 = F 3P -2 E -2 r ,
где F – усилие воздействия, r – плотность семянки, P – импульс
силы, равный å (М уд Vуд + М с Vc ), Муд и Vуд – масса и скорость воздействия рабочего органа, Мс и Vc – масса и скорость семянки, полученная при силовом воздействии. Так как масса семянки мала по сравнению с массой рабочего органа, то МсVc=0.
Е – модуль упругости дает математическое представление о способности семянки упруго деформироваться, непосредственно при приложении к ней силы, иначе говоря, это напряжение в семянке, вызванное
6
силой воздействия, отнесенное к площади приложения этой силы. Чем
больше усилие и время воздействия, плотность семянки и меньше упругие свойства семянки, тем больше травмируется семянка.
k
(где k –жесткость оболочки семянки,
F
E
ES
Е
, четвертый p4=
и пятый p5= D
вклюF
F
F
Второй критерий p2=
k=ЕS), третий p3= R z
чают в себя соотношение модуля упругости к силе воздействия на
Е
– это критерий проявления молекулярных
F
Е
сил сцепления при силовом воздействии. Это соотношение
являетF
семянку. Соотношение
ся характеристикой семянки упруго деформироваться с вероятностью
сохранения внутренних межатомных связей в пределах упругой деформации. Если Е>F, то в семянке происходит процесс релаксации,
система возвращается в состояние, которое было до силового воздействия, восстанавливаются межатомные связи, сохраняется каркас семянки, микротрещины смыкаются. Если Е<F, то разрушаются межатомные связи, начинается процесс развития трещин, деформация из
упругой переходит в пластическую, необратимую.
k
F
Второй критерий p2= , характеризует жесткость оболочки, т.е.
ее способность сопротивляться образованию деформации в случаях
малых одномерных деформаций, в пределах зоны упругости, где
справедлив закон Гука. Жесткость может определяться как произведение модуля упругости Е (например, при сжатии) на соответственно
геометрическую характеристику сечения семянки, площадь воздейстЕS
вия S. Четвертый критерий p 4 =
аналогичен второму. Чем больше
F
площадь воздействия, тем больше травмирование.
Третий критерий p3= R z
E
, где Rz –высота неровностей профиF
ля соприкасающихся двух тел при силовом воздействии. p3 характеризует возможность проявления адгезионных сил при формировании
каждого единичного пятна контакта внутри всей геометрической
площади касания двух тел.
Пятый критерий p5= D
Е
, где D– приведенный размер семянки,
F
показывает: чем больше приведенный размер, тем больше пятый критерий.
7
Шестой критерий p 6 =
3
1
2
F2P E 2 m
аналогичен первому.
Создана ПРОГРАММА-АЛГОРИТМ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ
ТРАВМИРОВАНИЯ ЗЕРНОВЫХ И БОБОВЫХ КУЛЬТУР ПО ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ СЕМЯН И ПАРАМЕТРАМ
СИЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
Расчет проводится на IBM PC в операционной системе Windows
XP
: Mathcad 2001 Professional.
1.Ввод данных, характеризующих процесс травмирования
семян различных культур
F=f(Х1, Х2, Х3, Х4, Х5),
(9)
где F – длина микротрещины, м,
Х1 – усилие воздействия на единичную семянку, кгм/с2,
Х2 – импульс силы, кгм/с,
Х3 – модуль упругости, кг/м2,
Х4 – плотность семянки или боба, кг/м3,
Х5 – жесткость оболочки семянки или боба, кгм/с2.
2.Присвоение переменным их граничных значений.
Интервалы можно ограничить предложенными значениями в
таблице 1, F – значение длины микротрещины, полученное в результате предварительного эксперимента, м. Значения Х1, Х2, Х3, Х4, Х5
приняты по справочным данным или получены опытным путем.
Таблица 1
Значения параметров, принятых для определения Х
Культура
F,
Х1,
Х2,
Х3,
Х4,
Х5,
2
2
3
м
кгм/с
кгм/с
кг/м
кг/м
кгм/с2
Пшеница 0,0014
5,9
0,5
8000000
996,8
3,06
Горох
0,0017
6,4
0,42
6500000 1031,7
3,64
Тритикале 0,0032
7,8
0,35
5100000
1180
3,97
Кукуруза 0,0037
8,25
0,3
4400000 1201,9
4,45
Рожь
0,0042
8,5
0,29
3800000
1323
4,5
3. Определение факториальных уравнений регрессии и величины
достоверной апроксимации
Для переменной Х1:
F ( Х 1) = 6,43 ´ 10 -6 ( Х 1) 3,02
(10)
2
Величина достоверной апроксимации R = 0,997 .
8
Для переменной Х2:
F ( Х 2) = 0,003( Х 2) -2.0897
(11)
Величина достоверной апроксимации R 2 = 0,962 .
Для переменной Х3:
F ( Х 3) = -0,0041 ´ ln( Х 3) + 0,0658
(12)
Величина достоверной апроксимации R = 0,968 .
Для переменной Х4:
2
F ( Х 4) = 9 ´ 10 -6 ( Х 4) - 0,0076
(13)
Величина достоверной апроксимации R = 0,97 .
Для переменной Х5:
2
F ( Х 5) = 0, 007 ln( Х 5) - 0, 0065
(14)
Величина достоверной апроксимации R 2 = 0,981 .
4. Определение прогнозируемых значений параметра F и коэффициентов линейных уравнений
Построим математическую модель процесса как линейную комбинацию найденных функций (10)-(14).
По данным значениям Х1, Х2, Х3, Х4, Х5 (таблица 1) вначале
находим прогнозируемые значения параметра F в операционной системе Windows XP: Mathcad 2001 (приложение 1).
Таблица 2
Прогнозируемые значения параметров
F(Х1)
1,37·10-3
1,75·10-3
3,18·10-3
3,77·10-3
4,12·10-3
F(Х2)
1,28·10-3
1,84·10-3
2,69·10-3
3,71·10-3
3,99·10-3
F(Х3)
6,3·10-4
1,48·10-3
2,48·10-3
3,08·10-3
3,68·10-3
F(Х4)
1,47·10-3
1,79·10-3
3,14·10-3
3,33·10-3
4,44·10-3
F(Х5)
1,33·10-3
2,54·10-3
3,15·10-3
3,95·10-3
4,03·10-3
Затем, используя значения таблицы 2, составляем систему линейных уравнений относительно коэффициентов линейной комбинации найденных функций так, чтобы результаты опытов (таблица 1) и
расчетные значения построенной модели давали адекватные значения. Решение этой системы дает следующие результаты (таблица 3,
приложение 2).
Таблица 3
С1
0,94
Коэффициенты линейных уравнений
С2
С3
С4
-3
-0,02
-4,626 ´ 10
0,167
9
С5
-0,079
5. Прогнозирование травмирования семян зерновых и бобовых
культур
Искомое уравнение регрессии имеет вид
F ( X 1, X 2, X 3, X 4, X 5) = 6, 044 × 10 -6 × ( X 1) 3,02 - 6 × 10 -6 ( X 2 )
-2, 0897
+ 1,897 × 10 -5 ´
ln ( X 3) + 1. 597 × 10 -6 × ( X 4 ) - 5,53 × 10 -4 × ln ( X 5 ) - 0,00108
(15)
Подставляя значения из таблицы 1, получаем теоретические значения травмирования таблица 4 (приложение 3).
Таблица 4
Теоретические значения травмирования
Теоретические значения длины микроКультура
трещины, м
Пшеница
0,00138
Горох
0,00172
Тритикале
0,00318
Кукуруза
0,00368
Рожь
0,00418
Полученное по уравнению (15) значение травмирования достаточно хорошо согласуется с результатами опыта. Уравнение (15) пригодно для прогнозирования травмирования различных семян при разработке зерноочистительных машин и технологических линей при
послеуборочной обработки семян.
В результате проведенных исследований можно дать рекомендации при проектировании и ремонте рабочих органов зерноочистительных машин по снижению травмирования зерна и семян:
– наибольшее влияние на травмирование оказывает усилие воздействия. Силовое воздействие на семена не должно превышать предельного усилия разрушения (для ржи – 11,18 Н, мягкой пшеницы,
тритикале, кукурузы, гороха – 14,9 Н, при силовом воздействии 5,96
Н разрушение гороха, тритикале и кукурузы не происходит, не наблюдалось видимых микротрещин. При силовом воздействии 2,98 Н
разрушение зерновок ржи и мягкой пшеницы не происходит. Интенсивно появляются микротрещины:
–для ржи, пшеницы при силовом воздействии 5,96 Н,
–для тритикале, кукурузы, гороха при силовом воздействии
8,25 Н,
–при сложных динамических воздействиях, сочетающих нормальное силовое воздействие и относительное движение контактирующей поверхности семян, скорость взаимодействия для пшеницы и
10
ржи не должна превышать 4,71 м/с; иначе микроповреждения превышают допустимые значения, приводящие к разрушению семян;
– число силовых воздействий на семена при усилии 6 Н не должно
превышать трех; при третьем воздействии наблюдается резкое увеличение ширины микротрещины, возрастает длина, суммарное количество
микротрещин и микротрещины переходят в макротрещины;
– при взаимодействии зерновок ржи Волгоградской и пшеницы
Альбидум с различными контрповерхностями параметры травмирования (количество микротрещин, длина и ширина) минимальны при
взаимодействии зерна по зерну и зерна по дереву, максимальны при
взаимодействии зерна по металлу. С целью уменьшения травмирования поверхность завальной ямы, зерноскладов и зернохранилищ необходимо выполнять деревянной. При ремонте зернопроводов и
скатных досок шероховатость контртела при взаимодействии зерновки с поверхностью рабочих органов не должна превышать Rа1,6;
– оценивая стойкость к механическим воздействиям зерновок
твердых и мягких сортов пшеницы, пришли к выводу, что меньше
всего травмируются зерновки пшеницы твердых сортов, из них: Безунчукская 139. Наибольшие показатели микротравмирования имеют
сорта мягкой пшеницы: Волгоградская 84, Воронежская 7. Прочность
оболочек твердой пшеницы выше, чем у мягкой;
– повышенная влажность является главной опасностью для хранящихся семян, она оказывает решающее влияние на интенсивность
протекающих в семенах физиологических процессов. При влажности
15-16% семена переходят от хрупко-упругого состояния в вязкопластичное, что приводит к повышению внутренних напряжений, что
снижает их прочность. При влажности 18% и более количество трещин не увеличивается, имеющиеся трещины увеличиваются в длине.
Ширина микротрещин увеличивается по линейной зависимости при
повышении влажности. При послеуборочной обработке и хранении
семян с микроповреждениями влажность не должна превышать 16%;
– семена при хранении испытывают различные статические напряжения. Семена не должны храниться более 24 недель при статическом усилии 84 Н, семена не должны храниться более 30 недель при
статическом усилии 61 Н, более 31 недели – 50 Н, более 51 недели –
40 Н, более 53 недель – 30 Н. Если требуется получить качественные
семена, то срок хранения не должен быть более 31 недели, величина
статической нагрузке не более 50 Н;
– для того чтобы получить качественный посевной материал,
микроповрежденные семена не должны храниться более 11 недель.
11
Подписано в печать 13.04.2010 г. Формат 60х841/16
Бумага кн.-журн. Усл. п.л. 0,7. Гарнитура Таймс.
Тираж 80 экз. Заказ №4380
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Воронежский государственный аграрный университет имени К.Д. Глинки»
Типография ФГОУ ВПО ВГАУ 394087, Воронеж, ул. Мичурина, 1
Информационная поддержка: http://tipograf.vsau.ru
Отпечатано с оригинал-макета заказчика. Ответственность за содержание
предоставленного оригинал-макета типография не несет.
Требования и пожелания излагайте авторам данного издания.
12
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа