автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Параметры пневматического скарификатора для предпосевной обработки семян многолетних бобовых трав

На правах рукописи

Лукин Александр Николаевич

ПАРАМЕТРЫ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО СКАРИФИКАТОРА ДЛЯ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН МНОГОЛЕТНИХ БОБОВЫХ

ТРАВ

Специальность 05.20.01 — Технологии и средства механизации сельского хозяйства

2 8 НОЯ 2013

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 2013 005541зи»

005541308

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина».

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Шевченко Анатолий Павлович

Официальные оппоненты: Федоренко Иван Ярославович

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный

университет», Инженерный факультет, заведующий кафедрой «Механизации животноводства»

Торопов Виктор Романович

кандидат технических наук, старший научный сотрудник, ведущий научный сотрудник лаборатории «Послеуборочной обработки зерна» ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный

технический университет им. Ползунова»

Защита состоится 17 декабря 2013 года в 9 ч. ООмин. на заседании диссертационного совета ДМ 006.059.01 при ГНУ «Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства» (СибИМЭ) Россельхозакадемии по адресу: 630501, Новосибирская область, Новосибирский район р.п. Краснообск - 1, а/я 460 ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии, телефон (факс): 8 (383) 348-12-09; e-mail: sibime@ngs.ru

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии, автореферат размещен на сайтах: www.sibime-rashn.ru и www.vak2.ed.gov.ru.

Автореферат разослан «13» ноября 2013 года

Учёный секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Коротких

Владимир Владимирович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Основной стратегической целью, находящегося сейчас в стадии возрождения АПК, является обеспечение населения основными продуктами питания (зерном, молоком, мясом и др.) за счет собственного производства и по доступным ценам. Отдавая приоритеты развитию животноводства, следует выделить слабые места в отрасли и рассмотреть или наметить пути снижения их отрицательного влияния в соответствующих вопросах.

В проблеме обеспечения населения продуктами животноводства главным является система кормопроизводства, заготовки и использования кормов. Это определяет необходимость повышения в 1,5-2,0 раза обеспеченности животных качественными кормами и организацию бесперебойных зеленых конвейеров в летнее время. Увеличение в рационах крупного рогатого скота высококачественного сена и сенажа из однолетних и многолетних злаково-бобовых смесей позволит повысить обеспеченность животных белком, минеральными и витаминными компонентами, что положительно скажется на продуктивности животных в виде молочной продукции и продуктивной массы

Основными причинами повышенного расхода дефицитных семян бобовых высокобелковых культур при посеве являются их твердокаменность и высокая прочность поверхностной пленки, сдерживающие набухание зерна и не позволяющие развиваться зародышу семени. Это приводит к длительной затяжке всходов и безвозвратной потере части высеянных семян, кроме того, неравномерные всходы резко снижают урожайность и общую продуктивность растительной массы.

Известно несколько способов снижения твёрдости и твердокаменности семян бобовых трав: химический (обработка семян серной кислотой), термический (их прогревание и промораживание), радиочастотный (обработка семян в электромагнитном поле) и механический (скарификация).

Наиболее доступным, простым и производительным является механический способ нарушения герметичности покрывающей пленки семян. Однако, применяемые для этой цели скарификаторы, имея рабочие органы высокой твердости и высокие скорости воздействия на семена, не в полной мере обеспечивают хорошее качество и часто чрезмерно повреждают семена в процессе их обработки. Кроме того, дозирующие и распределительные подающие устройства скарификаторов не обеспечивают равномерности подачи семян на рабочий орган, что отрицательно сказывается на качестве их обработки.

С целью устранения вышеотмеченных недостатков возникает необходимость совершенствования скарификаторов семян с использованием воздушного потока.

Цель исследования. Повышение эффективности скарификации семян многолетних бобовых трав путем применения пневматического скарификатора.

Объект исследования. Технологический процесс скарификации семян многолетних бобовых трав пневматическим скарификатором.

Предмет исследования. Закономерности влияния параметров рабочих органов пневматического скарификатора на качественные показатели его работы при предпосевной обработке семян многолетних бобовых трав.

Научная гипотеза. Повысить качество скарификации семян многолетних бобовых трав возможно за счёт применения воздушного потока в спиральных каналах с шероховатыми поверхностями.

Методика исследований. При проведении экспериментальных исследований использованы стандартные и частные методики с применением физического, математического моделирования и многфакторного эксперимента.

Научная новизна. Определены закономерности взаимодействия семян многолетних бобовых трав с рабочими элементами пневматического скарификатора.

Получены теоретические зависимости, определяющие конструктивно — технологические параметры пневматического скарификатора.

На основе экспериментальных данных получены регрессионные модели показывающие зависимости качественных показателей установки от её конструктивных параметров.

Обоснованы технологические параметры и режимы работы пневматического скарификатора.

Техническая новизна подтверждена патентом РФ № 111958 «Скарификатор» от 10.01.2012 г.

Достоверность результатов работы подтверждена экспериментальными исследованиями, положительными результатами испытаний экспериментального образца пневматического скарификатора.

Практическая ценность. Применение разработанного устройства обеспечивает:

- качественную скарификацию семян многолетних бобовых трав;

- снижение расхода семян при посеве;

- повышение всхожести семян многолетних бобовых трав;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований могут быть использованы в учебно-методических целях, а также проектно-конструкторскими организациями для разработки новых скарификаторов семян.

Реализация результатов работы. Производственная проверка лабораторно-производственной установки была проведена в хозяйстве ООО «ОПХ им. Фрунзе» Тарского района Омской области. Полученные результаты исследования используются в учебном процессе на кафедре «Т и А, СХМ» ТФ ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П. А. Столыпина.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 10 научных работ, в том числе три статьи в рецензируемых журналах из перечня рекомендованных ВАК. Получен патент РФ на полезную модель.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались: на международных конференциях молодых ученых СибНИ-ИСХ (г. Омск - 2010 г.); ФГБОУ ВПО ОмГАУ ( г. Омск 2011 г.)

Работа выполнена в период 2009-2013 гг. в Омском государственном аграрном университете на кафедре «Тракторы и автомобили, сельскохозяйственные машины» в соответствии с планами НИР в рамках государственной темы 01.2.00.102130 - «Совершенствование технологических процессов зональных сельскохозяйственных машин, повышение их агроэкологической эффективности» сроком действия с 2010 — 2015 гг.».

На защиту выносятся следующие положения:

- конструктивно-технологическая схема пневматического скарификатора;

- закономерности взаимодействия рабочих элементов пневматического скарификатора с семенами;

- результаты экспериментальных исследований.

Структура и объем работы: Содержание работы изложено на 141 странице, включает 21 таблицу, 36 рисунков. Список используемой литературы включает 142 наименование, в том числе 5 источников на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Во введении приведена актуальность и обоснование направления исследования, изложены научные положения, выносимые на защиту, и их основные позиции.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» приведены основные способы уменьшения твердосемянности с целью увеличения всхожести, требования к очистке и сортировке зерна, проведён анализ работы перспективных конструкций сепараторов зерна и анализ способов очистки.

Теоретические и экспериментальные исследования снижения твердосемянности семян бобовых трав проводили Н.И. Рыжов, К.Г. Калганов, A.M. Филимонов, Г.Б. Ермилов, С.А. Чазов, Ю.Д. Ахламов, А.П. Шевченко, A.B. Вербовский и др., они отмечают снижение посевных качеств семян с механическим повреждением оболочки при длительном хранении. Шведский ботаник Ростра установил, что наружный слой семенной оболочки твердых семян можно удалить действием концентрированной серной кислоты с последующим тщательным смыванием ее следов. По данным профессора Трусова Н.С., Мартинза - Лобарде, Потане, Джонстона, Фернандеса термическая обработка семенного материала значительно снижает процент твердых семян.

Наиболее доступным, простым и производительным является механический способ нарушения герметичности семян.

Применяемые, для этой цели клеверотерки, молотковые дробилки, крупорушки не обеспечивают хорошего качества работы и часто чрезмерно повреждают семена в процессе их обработки.

Для предпосевной обработки семян многолетних бобовых культур были созданы специальные машины — скарификаторы.

Известные скарификационные машины можно разделить по технологическим признакам на три группы: фрикционные, игольчатые и ударные. Две из названных групп, в свою очередь, можно подразделить по конструктивным особенностям: фрикционные — на пневматические, щеточные

и барабанно-стержневые; ударные - на пневматические, барабанно -бильные и дисковые

Анализ технических решений по скарификации семян многолетних бобовых трав позволяет сделать следующие выводы:

- недостатком большинства скарификаторов является то, что скарификация происходит за счет удара семян о скарифицирующую поверхность. Это приводит к дроблению большой массы семян;

- неизвестны скарификаторы семян трав, позволяющие более равномерно распределять семена на рабочих поверхностях;

- дозирующие устройства большинства машин для скарификации семян не обеспечивают равномерную подачу семян на рабочие органы;

- большинство устройств для скарификации семян имеют сложные в изготовлении и эксплуатации конструкции.

Для устранения перечисленных недостатков предлагается разработать конструкцию скарификаторов на основе пневматического перемещения семян по скарифицирующей поверхности.

Исходя из вышеизложенного и в соответствии с поставленной целью, поставлены следующие задачи исследования:

¡.Выявить закономерности взаимодействия рабочих элементов скарификатора с семенами.

2. Разработать математическую модель влияния режимов обработки семян на выходные параметры процесса скарификации семян.

З.Обосновать параметры и режимы работы пневматического скарификатора.

4. Оценить экономическую эффективность от применения скарификатора.

Во второй главе «Теоретическое исследование процесса скарификации семян бобовых трав на пневматическом скарификаторе» предложена и теоретически обоснована технологическая схема работы пневматического скарификатора. Экспериментальный скарификатор состоит из трех блоков (рисунок 1):

I. Бункер с дозатором для семян.

П. Рабочая камера (неподвижный диск и спиралеобразная перегородка с шероховатой поверхностью).

III. Осадочная камера. Скарификатор работает следующим образом: семена загружаются в бункер. С помощью осевого вентилятора подаётся воздушный поток, затем запорно-дозирующим устройством устанавливают подачу семян в питающий патрубок, который установлен тангенциально в корпусе. Далее семена подхватываются воздушным потоком и поступают в рабочую камеру 1, образованную днищем диска, витками спирали и крышкой. Семена, попадая на периферию диска, воздушным потоком прижимаются к стенкам и перемещаются к центру рабочей камеры. При этом подвергаются скарификации путем нанесения царапин о шероховатую поверхность. Дойдя до центра диска, семена попадают через выходное отверстие в осадочную камеру 2, где за счет ее расширения воздушный поток уменьшает свою скорость и семена прошедшие скарификацию через выходное отверстие 3 осадочной

камеры поступают в упаковочную тару, удаляются через отверстие 3.

1

Дробленые семена и примеси

—- Воздух Семена

Воздушно-семенная смесь -<-- Примеси

-е— Скарифицированные семена

Рисунок 1 — Схема экспериментального пневматического скарификатора

Качество работы пневматического скарификатора зависит от правильности определения конструктивных параметров и выбора режимов его работы.

Рассмотрим относительное движение материальной точки М по шероховатой поверхности скарификатора (рисунок 2). На частицу действуют сила тяжести — mg (т - масса частицы, g - вектор ускорения свободного падения, g = 9,81 м/с ), нормальная реакция — N, сила сопротивления движению - и сила сопротивления воздуха — Рассмотрим действие сил в плоскости, рис. 2.

Для того, чтобы частица двигалась необходимо соблюсти следующее условие:

Г (1)

в т

Представим уравнение 1 в развернутом виде, при этом учтем что:

(2)

Ус,

N

н>

м

где Ас - коэффициент сопротивления; р — плотность воздуха, кг/м3; Ув — скорость воздушного потока относительно частицы, м/с.

<1Ч - средний диаметр зерновки, м. Средний диаметр семени определяется как:

где: 1С - длина семени, м;

/с — толщина семени, м; Ьс — ширина семени, м. Сила трения Fm определиться как:

тд

Рисунок 2 — Силы действующие

на материальную точку в пневматическом скарификаторе

(3)

По рисунку 2 реакция опоры N выразиться как:

N - тч' ё>

Масса частицы определиться:

Я ' ' Рч

т = ч

Тогда условие 1 примет вид: После преобразования получим:

к ячІІ-р.-У? . я-4-А,

ё-/,

К > ,/0,75

(6)

(7)

(8)

К Р.

Анализ данного выражения позволяет сделать выводы о том, что для начала движения частицы необходимо преодолеть силу трения, которая зависит от материала скарифицирующей поверхности или её шероховатости, а так же от типа семени. В зависимости от плотности семени и его веса, для более плотных и тяжелых семян необходима большая скорость потока.

При входе в спиральный канал на частицу начинают действовать дополнительные силы, такие как — центробежная и реакция боковой стенки Нц, что показано на рис. 3.

Составим уравнение равновесия частицы в координатах осей Х02\

ГОХ К, -N.,= О

< ОУ - = о [ог Ыт-тё = о Далее преобразуем:

К. =ти -со г =

л-с1\- рч ■со

(9)

Рисунок 3 - Силы действующие на материальную точку в спирали скарификатора

6 6 г

(10)

Подставим развернутые формулы центростремительной силы - (4) и массы частицы тч (6) в выражение 9, тем самым получим уравнение сил, действующих на материальную точку:

6 г 4

огм-/-ксл-^-р'У' =0

J с 8

ог ^

в=0

Из выражения 11 реакции опоры N выразятся как:

ж-^рч-Уч2

N.. = -

6 г

(П)

(12)

о

Тогда сила трения Гт определиться как:

(14)

Подставив выражения 12 и 13 в выражение 14 получим:

. + (15)

После преобразования выражение 15 сила трения определиться как:

(16)

Подставим все преобразования в выражение 11 и получим:

ОХ 71'Р-'У" -дт, =0

О (17)

о

Анализ выражений 16 и 17 позволяют сделать вывод о том, что по мере приближения к центру все большее значение будет приобретать центростремительная сила поэтому стенки спирали так же необходимо выполнять из фрикционного материала.

Далее произведем вывод дифференциальных уравнений движения материальной точки по шероховатым поверхностям скарификатора. В выражении 17 отбросим проекции на оси ОХ и 02, согласно второму закону Ньютона приравняем левую часть выражения к произведению массы на ускорение - т^а:

= (18)

Далее перенесем массу частицы в левую часть тч, а скорость воздуха Ув за произведение и получим ускорение частицы:

угОЖ.Л_(!?+в)./ = а (19)

£/, Р, Г

В начальный момент времени У, = 0, тогда ускорение частицы будет равно:

< р.

Далее определим скорость движения частицы:

= а (20)

Р-,

у = К + + + (21)

Л, р, Г

Проинтегрируем уравнение19:

= + У^лЩ^^-+ 0Л) ■ /+С2 (22)

Л с/„ рч г

Постоянные интегрирования Си С2 при ? = 0 и х = 0 равны С/ = 0, С? = 0, следовательно закон движения единичного семени примет вид:

ач рч 2 г 2

Анализ уравнений 17 и 21 позволяет сделать вывод о том что с увеличением скорости движении частицы увеличивается сила трения и соответственно необходима большая скорость потока. Следовательно, для качественной скарификации необходим определённый диапазон скоростей потока воздуха и шероховатость рабочей поверхности скарификатора.

Для оценки эффективности скарификации при проведении теоретических и экспериментальных исследований введем параметр — степень потери массы при ударе М, %, то есть процентное соотношение потери массы семени после обработке к массе семени до обработки. На основе экспериментальных исследований и последующей интерполяции данных была получена зависимость потери массы семян от таких факторов как: средняя скорость движения семени К„, м/с, шероховатость скарифицирующей поверхности - Л, мкм, угол удара относительно нормали к поверхности - в, град.

м _ 6• 10'' - Щ\,б■№-'+ 2,4-Ю-5Я) + V, • ПО-3Я + Ю-5 V, -5,7 • КГ3;

где: 9 - средний угол образованный вектором скорости зерновки до и после отражения от стенки скарификатора в =(а+Р)/2.

По данной зависимости строим графики потери массы единичного семени от выше указанных параметров (рис. 4).

Зависимость 22 показывает, что степень скарификации обратно пропорциональна углу удара в относительно нормали к поверхности. Скорости движения семени У3 оказывает прямое воздействие на степень потери массы.

Как показывают зависимости на рис. 4, шероховатость играет существенную роль только на больших скоростях движения зерновки. Для определения степени скарификации группы семян движущихся по спиральному скарификатору необходимо воспользоваться зависимостью.

£м = Мгп, (25)

м

где п - число соударений зерновки о стенки скарификатора на протяжении всей траектории.

М) - степень потери массы / - го семени, %

Так как траектория движения семени представляет собой синусоиду, то число возможных соударений определим как:

« = 2— , (26)

где лс/ - шаг синусоиды, мм;

Ь - длина пути семени в скарификаторе, мм; с/ - ширина канала спирали скарификатора, мм.

ШЗго ШЭ 15

24 2В 20 30 Я мкм

Рисунок 4 - Потеря массы единичного семени: М, =(У„, Я), при в = 90°

Как показывают зависимости шероховатость играет существенную роль только на скоростях движения семени V, более 20 м/с. Исходя из полученных значений рациональным диапазоном шероховатость скарифицирующей поверхности Я = 25 - 35 мкм.

л = 2

^'(/■ЯШЙ

С учётом зависимостей: 23 и 25 найдем общую степень потери массы:.

(27)

х2

2 - сое б

(28)

Используя полученные зависимости 27 и 26 строим графики наглядно показывающие эффективность работы скарификатора от вышеназванных параметров (рис 5 - 7).

|/. 2

■ш^к

г /Г» _

1

0,5 0,7 о.а 1,1

, — 29 м/с { — 24 м/с ] — 20 м/с 4 — 18м/с 1 — 12м/о

Рисунок 5 - Вероятность возможных соударений: п = /(Ь, Ув), при й= 80 мм, Я =25 мкм, в = 45°. Графики зависимостей, изображенные на рис. 5, показывают, что число соударений единичного семени о поверхность скарификатора увеличивается

пропорционально длине траектории. Наибольшее число соударений семя испытывает при скорости воздушного потока Ув, находящейся в диапазоне 18 -22 м/с.

Дальнейшее увеличение скорости приводит к увеличению угла отражения семени от поверхности соударения, увеличивая расстояние между ударами и силу удара.

1 — 28 м;с

2 — 24 м/с

2 ~ 20 м/с

3

Рисунок 6 - Вероятность возможных соударений: п = /(У, У^, при Ь = 1500 мм, Я = 25 мкм, в = 45°.

Графики зависимостей, представленные на рис. 6, показывают, что число соударений растёт с уменьшением приведённого диаметра канала пневматического скарификатора, что является вполне закономерным, так увеличение ширины канала <1 приводит к увеличению амплитуды движения семени и соответственно увеличению расстояния между ударами. Исходя из представленных зависимостей рациональным диапазоном ширины трубопровода (шаг спирали) является ё = 60 - 100 мм.

С помощью зависимости (26) определим степень влияния числа соударений п и скорости воздушного потока Ув на результирующий параметр — потерю массы семян М (рис. 7).

-28 м/с -24 м/с -20 м/с

- 16 м/с

- 12 м/с

Рисунок 7 - Потеря массы семян: М = /(и, Уд), при Ь = 1500 мм, ¿/=80 мм, Я = 25 мкм, в = 45° Графики зависимостей на рис. 7 показывают, что число соударений семени оказывает большее влияние на степень потери массы при скорости воздушного потока Ув 16-18 м/с, при меньшей скорости силы удара не достаточно для разрушения оболочки семени. С увеличением скорости Уд более 28 м/с при большом числе соударений (и = 30 при длине траектории Ь = 1500 мм и более)

происходит чрезмерное дробление семени. Рациональным диапазоном скорости воздушного потока соответствует интервал Ув — 22 - 27 м/с.

Полученная зависимость 28 позволяет определить необходимую степень потери массы семян, заданной агротехническим требованиями, варьируя такими параметрами скарификатора как:

Ув — скорость воздушного потока подающегося в скарификатор, м/с; Ь — длина спирали скарификатора, мм; £1 — ширина трубопровода (шаг спирали), мм; Л - шероховатость скарифицирующей поверхности, мкм. Как показывают приведенные выше графики: число соударений и степень потери массы возрастает с увеличением вышеупомянутых параметров, за исключением параметра - Ув - скорость воздушного потока. При увеличении скорости более - 20 м/с происходит снижение числа соударений, так как промежуток между соударениями зерновки (шаг синусоиды) величина пропорциональная скорости воздушного потока Ув.

В результате теоретических исследований выявлены и обоснованы параметры экспериментального скарификатора: ширина трубопровода (шаг спирали с/ = 60 — 100 мм; скорость подачи воздушного потока V, — 22 - 27 м/с, шероховатость скарифицирующей поверхности Л = 25 — 35 мкм, длина канала (спирали) скарификатора Ь = 1200 - 1700 мм.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» изложены программа, общая и частные методики экспериментальных исследований, с описанием оборудования, применяемого в лабораторных и производственных исследованиях.

Программой исследования предусматривается проведение экспериментов, которые были реализованы в несколько этапов:

• разработка и изготовление экспериментальной установки для изучения процесса скарификации;

• анализ факторов, влияющих на процесс скарификации в пневматическом скарификаторе;

• выбор плана проведения многофакторного эксперимента, установление уровней и интервалов варьирования исследуемых параметров и определение рациональных конструктивных и технологических параметров пневматического скарификатора;

• проведение лабораторных и производственных исследований. Обработка полученных результатов осуществлялась на ЭВМ с

использованием специализированных статистических программ.

Для определения рациональных параметров скарификатора семян на стадии лабораторных исследований применялась теория планирования эксперимента (табл. 2). С этой целью по результатам теоретических исследований была выделена область варьирования пяти факторов:

— скорость воздушного потока (X/), м/с; (1 - ширина канала (Х2), мм; Ь - длина пути (Х3),мм; (3 - нагрузка (Х4), кг/ч;

Л - шероховатость рабочей поверхности скарификатора (Х5), мкм.

Результирующим фактором принят - степень скарификации £ %. Степень скарификации семян определяется по формуле:

а-6

•100%,

где £

степень скарификации, %; а - количество твердых семян до обработки, %; Ь - количество твердых семян после обработки, %.

Фактор Скорость воздушного потока К, м/с Ширина канала, с/, мм Длина пути I, мм Подача £?, кг/ч Шероховатость рабочей поверхности Я, мкм

Кодированное обозначение X, X, X, х4 X,

Основной уровень (Хю) 20 80 1500 50 25

Интервал варьирования (ДЛ») 5 20 300 10 5

Верхний уровень (дг(=+1) 25 100 1800 60 30

Нижний уровень (Хг=~1) 15 60 1200 40 20

Звездная точка + а(х* = 1-547) 30 120 2100 70 35

Звездная точка -а(х, =-1,547) 10 40 900 30 15

В четвертой главе «Экспериментальные исследования» представлены основные результаты лабораторных и производственных экспериментов, дан их анализ.

В результате реализации многофакторного эксперимента получено уравнение регрессии, адекватное на 5%-ном уровне значимости (Ртабл ~ 2,29 > Ррасч = 2,05), описывающее процесс изменения качественного показателя работы степень скарификации £ пневматического скарификатора в кодированных величинах:

I= 0,7935 + 0,0344-Х/ - 0,0042-Хг + 0,0513-Х, + 0,0038-Х, + 0,0468-ХЛ + + 0,0024-Х/ - 0,0022-Х,-X; + 0,0028-Х;-Х, - 0,0004-ХуХ, + 0,0010-Х,-Х, -

- 0,0056-Х/ + 0,0015-Х2-Х3 - 0,0016Х2Х, + 0,0015-Х., X, + 0,0370Х/ - (30)

- 0,0029-Хз-Х4 + 0,0060-Х3-Х5 + 0,0035-Х/ - 0,0029-Х/Х, + 0,0119-Х52

При пересчете коэффициентов из кодированных в натуральные, получилось уравнение регрессии вида:

£, = 7935,52330 + 0,00140V, + 0,002Ш - 0,001171, + 0,00400£> - 0,01954Д + 0,00096 Г/ - 0,00014с/2 + 0,000350* + 0.00048Д2 + 0,00004^ + + 0,00002^-0,000062^-0,00002^-0,00001^,2 -0,00001 с/2 (31)

С помощью уравнения построены поверхности отклика - зависимости степень скарификации £ от параметров устройства для скарификации семян (рисунок 8).

Рисунок 8 - Зависимость степени скарификации от шероховатости скарифицирующей поверхности — Я и скорости подающегося воздушного потока - Ув: { = /(Ув, Я). При I = 1500 мм, 0 = 50 кг/ч., с! =80 мм.

Как было сказано выше, скорость воздушного потока и шероховатость поверхности существенно влияют на степень скарификации £ Исходя из приведенных зависимостей степень скарификации £, более 90 % можно достичь при скорости воздушного потока Ув - 25 — 30 м/с и шероховатости скарифицирующей поверхности Я в диапазоне 24 — 35 мкм.

Рисунок 9 - Зависимость степени скарификации <; от ширины канала — с1 и скорости воздушного потока — Ув: £ =/(Ув,с1). При Ь = 1500 мм, <2 = 50 кг, Я =25 мкм Графики зависимостей на рис. 9 показывают, что в отличие от скорости, ширина канала оказывает меньшее влияние на степень скарификации, так как с увеличением ширины увеличивается расстояние и время между ударами, но увеличивается сила удара. При скорости воздушного потока Ув равном 26 м/с ширина канала - с/ не оказывает влияния на уровень скарификации и все варианты достигают значений 90 %.

Рисунок 10 - Зависимость степени скарификации £ от длины канала - Ь и скорости подающегося воздушного потока - Ув: £ =/(Ув, Ь). При й? = 80 мм, 0 = 50 кг/ч, Я =25 мкм С увеличением, длины канала пневматического скарификатора увеличивается степень потери массы и как следствие процент скарификации, что является вполне закономерным. С увеличением скорости воздушного потока, степень влияния длины канала возрастает. Анализ зависимостей на рис. 12 позволяет сделать вывод о том, что достичь скарификации более 90 % возможно за счет применения каналов длиной более 1,2 м, при этом скорость воздушного потока Ув должна быть не менее 22 м/с. Так же следует учесть, что при длине канала более 2,2 м происходит дробление семян и уровень скарификации падает.

О, кш/м

Рисунок 11 - Зависимость степени скарификации £ от нагрузки - 0 и скорости подающегося воздушного потока - У„: £ =/(Ув, О)., при (1= 80 мм, Я = 25 мкм,

Ь = 1500 мм

Величина - подача семян положительно влияет на степень скарификации, но при достижении нагрузки Q = 60 кг/ч возникает обратный эффект. Это связанно с тем, что семена сами являются источником скарификации друг для друга, но при избыточном количестве семян скорость их движения снижается, что оказывает отрицательное воздействие на степень скарификации. При скорости воздушного потока У„ в диапазоне 25 - 28 м/с скарификация £ более 90 %, причем пик приходиться на нагрузку ¿> = 60 кг/ч. Но при скорости потока Ув более 30 м/с происходит резкое снижение качества скарификации.

В результате теоретических и экспериментальных исследований получены зависимости параметров, характеризующие работу скарификатора. Для сравнения рассмотрены зависимости степени потери скорости подающегося воздушного потока Ув, (рис 12).

массы М % от

Рисунок 12 — Зависимость степени скарификации <; от скорости подающегося воздушного потока — Ув\ £ = /(Уво), при Ь = 1500, е = 50 кг/ч, <Х= 80 мм, Я = 25 мкм.

Как показывают график теоретические и экспериментальные значения имеют незначительные расхождения, из-за принятых допущений в теоретической части, но подчиняются общей

закономерности, это свидетельствует о состоятельности теоретического исследования.

экспериментальных предусматривалось производственной предлагаемого скарификатора,

Программой исследований проведение проверки пневматического табл. 3.

Таблица 3 — Показатели качества

работы устройств для скарификации при лабораторных исследованиях на

Показатели Дисковый терочный Пневматический

аппарат Уд скарификатор У,

Среднее значение твёрдых семян х, шт 118 52

Среднеквадратичное отклонение а, шт 21 3,2

Коэффициент вариации V., % 18,2 2,8

Ошибка средней выборки Р, шт 7 1

Относительная ошибка средней выборки, Рх % 5,7 1,8

Среднее значение количества травмированных

семян х, шт. 241 11

Среднеквадратичное отклонение о, шт. 40 3

Коэффициент вариации V, % 16,8 8,6

Ошибка средней выборки Р, шт 13 1

Относительная ошибка средней выборки, Рх % 5,3 1,9

Энергия прорастания семян, % 80 90

Всхожесть семян, % 83 96

Из результатов испытаний видно, что семена, обработанные на экспериментальном скарификаторе по всем посевным качествам лучше семян, обрабатываемых на дисковом терочном аппарате. Это происходит за счёт интенсификации процесса скарификации в поле центробежных сил, лучшего взаимодействия семян с рабочей поверхностью скарификатора.

Разница показателей при обработке галеги составляет: энергия прорастания выше на 10 %, всхожесть больше на 13 %, количество твёрдых семян меньше на 44 %, травмированность меньше на 4,5 %. Статистический анализ подтвердил достоверность полученных результатов (Р < 0,05)

В пятой главе «Оценка экономической эффективности» определена расчетная экономическая эффективность применения пневматического скарификатора в сравнении с базовым скарификатором.

Внедрение в производство скарификатора семян экономически обоснованно, т.к. по расчетам можно получить годовой экономический эффект в сумме 33856,5 рублей. Срок окупаемости капитальных вложений составляет 0,6 месяцев.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основе анализа способов скарификации семян, литературных источников, технических решений установлено, что повышение качественных показателей происходит за счет применения воздушного потока в спиральных камерах с шероховатыми поверхностями.

2. Получены дифференциальные уравнения движения семян многолетних бобовых трав по рабочим элементам пневматического скарификатора и установлены закономерности взаимодействия семян с его рабочими элементами, определяющие условия протекания процесса скарификации.

3. Обоснованы основные параметры экспериментального скарификатора и их уровни варьирования: ширина трубопровода (шаг спирали) d = 60 — 100 мм; скорость подачи воздушного потока Ув - 22 - 27 м/с, шероховатость скарифицирующей поверхности R = 25 - 35 мкм., длина канала (спирали) скарификатора L = 1200 — 1700 мм.

4. При проведении однофакторного опыта зависимости потери массы М от типа скарифицирующей поверхности - R (шероховатости шкурки) и скорости единичного семени — У„ выявлено, что при небольших скоростях единичного семени У„ шероховатость поверхности R, практически не оказывает существенного влияния на потерю массы. При увеличении скорости взаимодействия зерновки с поверхностью снижение массы М семени значительно растет при увеличении R. Максимальные посевные качества семян достигается при V3 = 25 - 30 м/с и R = 16 - 32 мкм.

5. Обоснованы рациональные параметры пневматического скарификатора при обработке семян козлятника восточного (галеги): скорость подающегося воздушного потока - - 26 м/с, шероховатость

скарифицирующей поверхности - R = 32 мкм, длина канала - L = 1600 мм, ширина канала - d = 80 мм., подачи семян (нагрузка) - Q = 50 кг/ч.

6. В ходе хозяйственной проверки работы экспериментального пневматического скарификатора по оценке качества обработки установлено: коэффициент вариации не превышает 9 %, травмированных семян при значениях параметров в рамках рационального диапазона, менее 0,1 %, всхожесть на 12% выше в сравнении с базовым вариантом.

7. Использование экспериментального скарификатора семян позволяет качественно скарифицировать до 95% семян, против 80% при обработке на тёрочных аппаратах, при этом соблюдаются агротехнические требования, предъявляемые к скарификаторам семян. Годовой экономический эффект при обработке семян предложенным пневматическим скарификатором составляет — 33856,5 рублей.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Лукин, А.Н. Совершенствование пневматического скарификатора/ А.Н.Лукин, А.П. Шевченко//Сельский механизатор.- 2011,- № 8.- С.

2. Шевченко А.П., Лукин А.Н. Движение семян по спиралевидной поверхности пневматического скарификатора// Омский научный вестник. -Омск, 2013. - №1(117).- С. 141-145

3. Шевченко А.П., Лукин А.Н. Исследование пневматического скарификатора для предпосевной обработки семян многолетних бобовых трав // Омский научный вестник. - Омск, 2013. - № 3(123). - С. 137-140

Изобретения и полезные модели

1. Пат. 111958 РФ, МПК А 01 С 1/00. Скарификатор / Шевченко А. П., Вербовский А. В., Лукин А. Н.; заявитель и патентообладатель ФБГОУ ВПО Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина -2011 2011124427/13; заяв. 16.06.2011; опуб. 10.01.2012, Бюл. № 1.

Статьи в сборниках научных трудов

1. Лукин, А.Н. Обоснование конструктивных параметров пневматического скарификатора/Н.А.Лукин, А.П.Шевченко// Студенческая наука — 10 летию ТФ ФГОУ ВПО ОмГАУ: материалы VII науч.-практ. студ. конф.- Омск, 2009.- С.

2. Лукин, А.Н. Пневматический скарификатор для обработки семян многолетних бобовых трав/ А.Н.Лукин// Актуальные вопросы научного обеспечения АПК в работах молодых ученых: материалы междунар. науч.-практ. конф. молодых учёных Россельхозакадемии (г.Омск, 7-8 июля 2010 г.)/ Рос. акад. с.-х. наук, Сиб. науч.-исслед. ин-т сел. хоз-ва,- Омск, 2010,- С. 105108.

3. Лукин, А.Н. Совершенствование конструкции скарификатора семян многолетних бобовых трав/ А.Н.Лукин, Д.А.Батушко// Студенческая наука об актуальных проблемах и перспективах инновационного развития регионального АПК: материалы XI науч.-практ. студ. конф.- Омск, 2012.- С.

4. Лукин, А.Н. Экспериментальное исследование процесса скарификации/ А.Н. Лукин, А.В.Вербовский// Сборник научных статей: материалы VI науч.-практ. студ. конф. преп., асп. и мол. ученых.- Омск, 2011.- С.

Подписано в печать 05.11.13. Формат 60 х 84 '/,6. Бумага офсетная. Гарнтура Тайме. Печать на ризографе. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 576.

Отпечатано в редакционно-полиграфическом отделе Тарского филиала ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина. 646530, г. Тара, ул. Тюменская, 18, тел. 2-02-40.

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПАРАМЕТРЫ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО СКАРИФИКАТОРА ДЛЯ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН МНОГОЛЕТНИХ БОБОВЫХ

ТРАВ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

им. П.А. Столыпина

/

Лукин Александр Николаевич

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент А.П. Шевченко

Новосибирск 2013

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ 6

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 10

1.1. Народнохозяйственное значение и особенности производства семян многолетних бобовых трав в Сибири 10

1.1.1. Организационные и агробиологические аспекты семеноводства 10

1.1.2. Агроклиматические особенности северной зоны

Западной Сибири 13

1.1.3. Физико - механические и агробиологические свойства семян бобовых трав 14

1.2. Обзор методов скарификации семян многолетних

бобовых трав 17

1.2.1 Химический способ обработки семян серной кислотой 18

1.2.2. Термическая обработка семян бобовых трав 19

1.2.3. Радиочастотный метод обработки семян 20

1.2.4. Механическая обработка семян 22

1.3. Влияние механических средств уборки и послеуборочной обработки на содержание (изменение) твердосемянности бобовых трав 23

1.3.1. Комбайновая уборка семенников бобовых трав 23

1.3.2. Процесс вытирания семян на клеверотерках 27

1.3.3. Сушка семян бобовых трав 28

1.4. Анализ технических решений для скарификации семян

трав 29

1.5. Цель и задачи исследования 39 Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СКАРИФИКАТОРА 40

2.1. Технологическая схема работы экспериментального пневматического скарификатора 40

2.2. Движение семян по прямолинейному участку рабочей камеры скарификатора 41

2.3. Движение материальной точки по спиралевидному каналу 43

2.4. Движение семян в осадочной камере 59

2.5. Теоретическое определение рациональных конструктивных

и кинематических параметров пневматического скарификатора 63 Глава 3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ 69

3.1. Программа исследований 69

3.2. Методика исследования влияния основных факторов 71

3.2.1 Методика определения скорости воздушного потока

в пневматическом скарификаторе 72

3.2.2 Определение пути семян и ширины канала пневматического скарификатора 73

3.2.3 Методика определения режущей способности скарифицирующей поверхности 73

3.2.4 Методика определения нагрузки на скарификатор 75

3.2.5 Методика определения потери массы семян 76

3.3 Методика определения энергии прорастания и лабораторной всхожести семян 77

3.4 Методика определения механических повреждений семян 79

3.5 Методика проведения планируемого многофакторного эксперимента 81

3.6 Методика проведения производственных испытаний пневматического скарификатора 85

Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 87 4.1. Результаты определения влияния конструктивных факторов на скорость воздушного потока в пневматическом

скарификаторе 87

4.2. Результаты определения абразивной способности шлифовальной шкурки 90

4.3. Определение влияния потери массы семян при скарификации на их посевные качества 90 4.4 Влияние шероховатости поверхности и скорости семян на величину потери массы 94

4.5. Определение энергии прорастания и лабораторной всхожести семян 95

4.6. Результаты проведения планируемого многофакторного эксперимента 96

4.7. Сопоставление результатов теоретических и экспериментальных

исследований 105

4.8. Результаты проведения производственных исследований 107 Глава 5 ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ 112

5.1. Экономическая эффективность применения дискового скарификатора семян многолетних бобовых трав при предпосевной их обработке 112

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 117

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 119

ПРИЛОЖЕНИЯ 136

Приложение 1 Приложение 2 Приложение 3 Приложение 4 Приложение 5

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Основной стратегической целью находящегося сейчас в стадии возрождения АПК является обеспечение населения основными продуктами питания (зерном, молоком, мясом и др.) за счет собственного производства и по доступным ценам. Отдавая приоритеты развитию животноводства, следует выделить слабые места в отрасли и рассмотреть или наметить пути снижения их отрицательного влияния в соответствующих вопросах.

В проблеме обеспечения населения продуктами животноводства главным является система кормопроизводства, заготовки и использования кормов. Это определяет необходимость повышения в 1,5-2,0 раза обеспеченности животных качественными кормами и организацию бесперебойных зеленых конвейеров в летнее время. Увеличение в рационах крупного рогатого скота высококачественного сена и сенажа из однолетних и многолетних злаково-бобовых смесей позволит повысить обеспеченность животных белком, минеральными и витаминными компонентами, что положительно скажется на продуктивности животных в виде молочной продукции и продуктивной массы [81].

За последние десятилетия валовое производство семян трав сократилось в 3-4 раза по сравнению с 80-ми годами XX века, а кондиционные семена составляют около 40 % их валового сбора. Решение проблемы удовлетворения потребности отрасли кондиционным семенным материалом во многом определяется эффективностью технологического и технического обеспечения процессов очистки и предпосевной подготовки семян. Применяемые технологии производства семян в большинстве своём морально устарели, а физический износ техники достигает 80-90%. Отсутствие в хозяйствах очистительных и специальных машин для обработки семян (скарификаторов) приводит к значительным их потерям в процессе послеуборочной обработки. Причём имеют место потери, связанные с травмированием и, как следствие, ухудшением всхожести семян

[25]. Основными причинами повышенного расхода дефицитных семян бобовых высокобелковых культур при посеве являются их твердокаменность и высокая прочность поверхностной пленки, сдерживающие набухание зерна и не позволяющие развиваться зародышу семени. Это приводит к длительной затяжке всходов и безвозвратной потере части высеянных семян, кроме того, неравномерные всходы резко снижают урожайность и общую продуктивность растительной массы.

Известно несколько способов снижения твёрдости и твердокаменности семян бобовых трав: химический (обработка семян серной кислотой), термический (их прогревание и промораживание), радиочастотный (обработка семян в электромагнитном поле) и механический (скарификация).

Наиболее доступным, простым и производительным является механический способ нарушения герметичности покрывающей пленки семян. Однако применяемые для этой цели скарификаторы, имея рабочие органы высокой твердости и высокие скорости воздействия на семена, не в полной мере обеспечивают хорошее качество и часто чрезмерно повреждают семена в процессе их обработки. Кроме того, дозирующие и распределительные подающие устройства скарификаторов не обеспечивают равномерности подачи семян на рабочий орган, что отрицательно сказывается на качестве их обработки [19, 20, 35].

С целью устранения вышеотмеченных недостатков возникает необходимость совершенствования скарификаторов семян с использованием воздушного потока.

Цель исследования - повышение эффективности скарификации семян многолетних бобовых трав.

Объект исследования - технологический процесс скарификации семян многолетних бобовых трав пневматическим скарификатором.

Предмет исследования - закономерности влияния параметров рабочих органов пневматического скарификатора на качественные показатели его работы при предпосевной обработки семян многолетних бобовых трав.

Методы исследования - теоретические исследования выполнялись на основании математических и физических положений, законов и методов теоретической и прикладной механики. Экспериментальные исследования проводились методами планирования эксперимента. При обработке экспериментальных данных были использованы методы математической статистики. Результаты теоретических исследований подтверждены экспериментной проверкой на экспериментальной установке.

Рабочая гипотеза: повысить качество скарификации семян многолетних бобовых трав возможно за счёт применения воздушного потока в спиральных каналах с шероховатыми поверхностями. Научная новизна

1. Определены закономерности взаимодействия семян многолетних бобовых трав с рабочими элементами пневматического скарификатора.

2. Получены теоретические зависимости, определяющие конструктивно-технологические параметры пневматического скарификатора.

3. На основе экспериментальных данных получены регрессионные модели, показывающие зависимости качественных показателей установки от её конструктивных параметров.

4. Обоснованы технологические параметры и режимы работы пневматического скарификатора.

Новизна конструкторской разработки и способа скарификации подтверждены патентом РФ на полезную модель № 111958 «Скарификатор».

Практическая значимость. Применение разработанного устройства обеспечивает:

- качественную скарификацию семян многолетних бобовых трав;

- снижение расхода семян при посеве;

- повышение всхожести семян многолетних бобовых трав;

Результаты теоретических и экспериментальных исследований могут быть использованы в учебно-методических целях, а также проектно-

конструкторскими организациями для разработки новых скарификаторов семян.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались: на международных конференциях молодых ученых СибНИ-ИСХ (г. Омск - 2010 г.); ФГБОУ ВПО ОмГАУ ( г. Омск 2011 г.)

Работа выполнена в период 2009-2012 гг. в Омском государственном аграрном университете на кафедре «Тракторы и автомобили, сельскохозяйственные машины» в соответствии с планами НИР в рамках государственной темы № 01.2.00.102130 - «Совершенствование технологических процессов зональных сельскохозяйственных машин, повышение их агроэкологической эффективности» сроком действия с 2010 -2015 гг».

Внедрение. Изготовленная лабораторная установка «Скарификатор» в 2011 году прошла производственную проверку в ООО «ОПХ им. Фрунзе» Тарского района Омской области.

Публикации. По теме диссертации опубликованы семь научных статей, в том числе три статьи в рецензируемых журналах из перечня рекомендованных ВАК. Получен один патент РФ на полезную модель.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка используемой литературы и приложений. Содержание работы изложено на 141 странице, включает 21 таблицу, 36 рисунков. Список используемой литературы включает 142 наименование, в том числе 5 источников на иностранном языке, 5 приложений.

На защиту выносятся:

- конструктивно-технологическая схема пневматического скарификатора;

- закономерности взаимодействия рабочих элементов пневматического

скарификатора с семенами;

- результаты экспериментальных исследований;

- показатели экономической эффективности применения результатов исследований.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Народнохозяйственное значение и особенности производства семян многолетних бобовых трав в Сибири 1.1.1 Организационные и агробиологические аспекты семеноводства

В решении обострившихся проблем ресурсо - и энергосбережения, стабилизации урожайности сельскохозяйственных культур особенно велика роль луговодства и травосеяния. Многолетние травы в валовом производстве кормов обеспечивают до 40% от общего сбора кормовых единиц, являются самыми низкозатратными компонентами растениеводства и основным источником производства сена, сенажа, силоса.

В этой связи в последние годы имеет место тенденция к расширению площадей под многолетние кормовые травы.

Повышение энергетической и белковой ценности многолетних трав, снижение затрат на их возделывание возможны за счет увеличения доли бобовых трав и злаково-бобовых смесей в среднем по стране до 60-62%, доведения площадей, занятых под клевер, до 6,2-7,5 млн. га, люцерну - 5,5 - 6,3 млн.га, эспарцет - 1,2 - 1,4 млн. га.

Наряду со снижением себестоимости молока и говядины, многолетние травы позволяют решить проблему биологизации земледелия, повышают средоулучшающий потенциал культурных растений. У многолетних кормовых трав благодаря мощной корневой системе соотношение надземной массы к корням составляет 1:3, в почве остается большое количество органики, гумуса и минеральных элементов питания растений. Бобовые травы накапливают в течение вегетационного периода от 50 до 350 кг/га симибиотического азота. Например, включение в севооборот 25% клевера лугового повышает выход кормовых единиц, сырого протеина, обменной энергии даже без применения удобрений (таблица 1.1).

В современных условиях расширение полевого травосеяния, использование средоулучшающего потенциала многолетних трав с разумным

сочетанием техногенного воздействия на почвы и агроландшафты являются надежным фактором сохранения плодородия почв, получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур, обеспечения животноводства полноценными дешевыми кормами и повышения рентабельности сельскохозяйственного производства в целом.

Таблица 1.1 - Продуктивность севооборотов в зависимости от

насыщения многолетними бобовыми травами ( средняя за три года)

Севооборот Выход с 1 га Коэффициент энергетической эффективности

кормовых единиц, т сырого протеина, т обменной энергии, ГДж

Без бобовых трав 2,54 0,32 29,6 4,2

0,46 42,1 3,0

С 25% бобовых трав 3,10 0,47 40,9 5,4

0,55 48,5 4,6

Успешное ведение кормопроизводства и создание предпосылок перехода к биологизированной системе ведения земледелия в значительной мере определяются обеспеченностью семенами кормовых культур необходимого видового и сортового наборов. К концу 90-х годов производство семян трав резко уменьшилось и составило 43 % к уровню 1990 г., когда в России были достигнуты максимальные валовые сборы. Причем основное количество семян производится хозяйствами для собственных нужд. Товарность семеноводства трав снизилась с 55 до 15%. Переход к внутрихозяйственному семеноводству при отсутствии необходимой материально-технической базы привел к резкому снижению кондиционности

высеваемых семян трав - с 87% (1990 г.) до 42% (1998 г.) [29, 35].

Основными направлениями повышения производства семян

многолетних трав являются увеличение уборочных площадей до 9-11% от фуражных посевов и урожайности, рациональное размещение семенных посевов отдельных видов по природно-климатическим районам в соответствии с их биологическими особенностями, а также совершенствование системы размножения семян. В соответствии с приказом

Минсельхоз РФ от 04.06.2011г. № 165 об утверждении отраслевой программы «Развитие семеноводства в РФ на 2011-2013 годы» идет снижение посевных площадей за счет увеличения валового сбора семян многолетних трав (таблица 1.2.).

Таблица 1.2. - Площадь посевов и производство семян трав в РФ

Культура Площадь посевов, % производства семян тыс. тонн

Многолетние травы 2011г. 2012г. 2013г.

площадь, га тыс.тонн площадь, га тыс.тонн площадь, га тыс.тонн

28,6 104,6 28,4 109,8 28,1 115,3

Для эффективного ведения травосеяния, исходя из наличия в структуре укосных площадей 75% бобовых и бобово-злаковых смесей, требуется создание 10 % - ного страхового фонда, для которого необходимо ежегодно производить 215 тыс. т семян трав, в том числе 130 тыс. т бобовых видов, из них различных видов клевера - 45, люцерны - 36, эспарцета - 43, донника - 4, галеги восточной - 1, прочих видов - 1 тыс. т. Это потребует увеличить валовые сборы клевера и люцерны в 4 - 5 раз, эспарцета - в 1,5, прочих видов - в 8 раз.

Во многих зарубежных странах становление семеноводства также связано с бобовыми культурами и, прежде всего, клевером луговым. Так, во Франции семенные посевы его составляют 4980 тыс. га, в Германии - 1283 тыс., в Дании - 487 тыс. га.

Потребность в семенах злаковых трав составляет 85 тыс. т. Поэтому необходимо увеличить их среднегодовое производство в 2,5 раза. Особо остро в луговом травосеянии ощущается недостаток семян мятлика лугового, райграса пастбищного, фестулолиума, полевицы, овсяницы красной, лисохвоста лугового и других низовых видов, производство которых в объеме 10-12 тыс. т необходимо наладить практически заново [39].

Научно обоснованная потребность в семенах зернобобовых кормовых культур составляет около 2,5 млн т, в том числе гороха - около 2 млн, вики -350 тыс., люпина - 100 тыс., прочих видов - 50 тыс. т [6, 115].

Предпосылкой для этого является создание системы адаптивных, взаимозаменяющих друг друга по важнейшим экологобиологическим и другим признакам сортов кормовых культур нового поколения. Отличаясь от существующих по ряду генетико - биологических признаков, они позволяют расширить традиционные ареалы возделывания многолетних трав [39].

1.1.2 Агроклиматические особенности северной зоны

Западной Сибири