автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка комбинированного сошника для разноглубинного внесения удобрений и посева семян

На правах рукописи

МУХАМЕТДИНОВ Айрат Мидхатович

РАЗРАБОТКА КОМБИНИРОВАННОГО СОШНИКА ДЛЯ РАЗНОГЛУБИННОГО ВНЕСЕНИЯ УДОБРЕНИЙ И ПОСЕВА СЕМЯН

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

11 ОКТ 2012

Уфа-2012

005053078

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Башкирский государственный аграрный университет» (ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Мударисов Салават Гумерович

Официальные оппоненты: Рахимов Раис Саитгалеевич

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинже-нерная академия», кафедра почвообрабатывающих и посевных машин, профессор

Вахитов Наиль Усманович

кандидат технических наук, Государственное унитарное сельскохозяйственное предприятие машинно-технологическая станция «Центральная», заместитель генерального директора по техническим вопросам

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет

Защита состоится 26 октября 2012 г. в 12.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.003.04 при ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ по адресу: 450001, г. Уфа, ул. 50 лет Октября, 34, ауд. 257/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ.

Автореферат разослан «?£>> сентября 2012 г.

Ученый секретарь »

диссертационного совета Ча^&и-у, С.Г. Мударисов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Задачей сельскохозяйственного производства является получение высоких урожаев. Основы будущего урожая закладываются при посеве, поэтому при возделывании зерновых культур ему уделяется особое внимание. В настоящее время в мировой практике все большее распространение получает прямой посев, который имеет ряд преимуществ - снижение общей стоимости обработки, меньший износ техники и потребление топлива, значительное сокращение эрозии и повышение плодородия. Используемые же в настоящее время зерновые сеялки не в полной мере соответствуют предъявляемым к ним требованиям по эффективному внесению удобрений, закрытию семян почвой при работе по стерневым фонам.

В существующих сошниках сеялок удобрение в основном вносят совместно с семенами. Предпочтительным же является раздельное внесение удобрений. При этом для лучшего формирования корневой системы и появления дружных всходов желательно удобрения вносить ниже глубины заделки семян.

Решение данных задач требует изучения процессов взаимодействия сошника с почвой, распределения семян и удобрений, и исследования влияния конструктивно-технологических параметров на качество посева. В связи с этим повышение урожайности зерновых культур за счет совершенствования технологического процесса работы сошника является актуальной научно-технической задачей.

Цель работы. Повышение качества работы сеялки для прямого посева зерновых культур путем совершенствования конструктивной схемы и технологических параметров сошника.

Объект исследования. Технологические процессы взаимодействия комбинированного сошника с почвой и распределения семян.

Предмет исследования. Закономерности взаимодействия комбинированного сошника с почвой, изменения агротехнических и энергетических показателей работы в зависимости от его конструктивно-технологических параметров.

Методика исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием положений и методов механики сплошных деформируемых сред и классической механики. Экспериментальные исследования в лабораторных и полевых условиях выполнены с использованием стандартных и частных методик с применением методов планирования эксперимента. Полученные экспериментальные данные обработаны методами математической статистики на ЭВМ.

Научная новизна.

1. Разработаш математическая модель процесса взаимодействия комбинированного сошника с почвой с учетом процесса уплотнения дна борозды долотом и лапой.

2. Разработана математическая модель технологического процесса распределения семян с учетом конструктивных параметров распределителя.

Практическая значимость. Результаты теоретических и экспериментальных исследовашш получили практическую реализацию при разработке комбинированных сошников для переоборудования зерновых сеялок типа СЗС-2,1 и опытного образца зерновой сеялки.

Работа выполнена в соответствии с научно-исследовательской программой на 2010-2013 гг. «Повышение качества выполнения технологических операций на основе совершенствования рабочих органов сельскохозяйственных машин» (Per. № 01.2010.58947) на кафедре сельскохозяйственных машин ФГЪОУ ВПО Башкирский ГАУ.

Реализация результатов исследований. Экспериментальная зерновая сеялка СЗС-2,1 с комбинированными сошниками прошла лабораторно-полевые испытания на полях КФХ «Агли» Чишминского района Республики Башкортостан. Опытный образец сеялки использовался при посеве зерновых культур в учебно-научном центре ФГБОУ ВПО Башкирского ГАУ (Уфимский район Республики Башкортостан).

Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при разработке комбинированных сошников для зерновых сеялок СЗС-2,1 в Чиш-минском филиале ГУ СП «Башсельхозтехника».

Вклад автора в проведенное исследование. Изготовлены опытные образцы комбинированных сошников и зерновой сеялки для разноглубинного внесения удобрений и посева семян. Проведены лабораторно-полевые и полевые исследования сошников и сеялки.

Разработана математическая модель процесса взаимодействия сошника с почвой на основе уравнений динамики сплошной деформируемой среды с учетом силы реакции дна и стенок борозды. Установлены начальные и граничные условия функционирования модели, связанные с конструктивно-технологическими параметрами комбинированного сошника. Произведена обработка и интерпретация экспериментальных данных, подготовлены основные публикации и выводы по выполненной работе.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и одобрены на научно-практических конференциях Башкирского ГАУ (2010...2012 гг.), Челябинского ГАА (2010...2011 гг.) и Ульяновского ГСХА (2011 г.), Саратовского ГАУ (2012 г.), Всероссийском форуме «Роль молодежи в инновационном развитии АПК России» (г. Москва, 2011 г.), I Международном форуме сельской молодежи «Устойчивое развитие сельских территорий в условиях современного мира» (г. Ульяновск, 2011 г.), в конкурсе «Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса» («У.М.Н.И.К.»), в 1-этапе проекта «Инновационная Россия - Инновационный Башкортостан» (п. Абзаково, 2011 г.).

Результаты диссертационной работы демонстрировались и были отмечены на региональных и всероссийских выставках. Авторы награждены серебряными медалями XXI специализированной выставки «Агрокомплекс-2011» (г. Уфа) и XIII Российской агропромышленной выставки «Золотая осень - 2011» (г. Москва). Му-хаметдинов A.M. отмечен именной стипендией и награжден почетной грамотой ОАО "Росагролизинг" за разработку комбинированного сошника (г. Москва, 2011г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе одна статья в издании, укачанном в «Перечне ВАК». Общий объем публикаций составляет 2,62 п.л., in них автору принадлежит 1.61 п. л.

Структура ii объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, списка литературы, выводов и приложений. Работа изложена на 122 страницах машинописного текста, список литературы содержит 123 наименований, в том числе 5 на иностранном языке.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

1. Математическое описание технологического процесса взаимодействия комбинированного сошника с почвой.

2. Математическое onncaraie движения семян в распределителе комбинированного сошника.

3. Конструктивно - технологические обоснование параметров комбинированного сошника для разноглубинного внесения стартовой дозы минеральных удобрений и посева семян.

4. Экспериментальная оценка комбинированного сошника и зерновой сеялки.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности выбранной темы исследований и общую характеристику работы.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» рассмотрены основные агротехнические требования к посеву зерновых культур, проведён анализ конструкций сошников и процесса их работы. Рассмотрены основные способы внесения минеральных удобрений.

Вопросами эффективного применения удобрений занимались В. П. Царенко, С. Г. Гизатуллин, Р.Ф. Зиязетдинов, А. Н. Скурятин, А. В. Бондарев и др. Установлено, что способы внесения удобрений зависят от агротехнических условий сельскохозяйственных культур, а разноглубинное внесение удобрений позволяет эффективно обеспечить питание растений в период их развития и созревания.

Исследованиями технологического процесса распределения семян и кинематикой движения семян занимались такие исследователи, как Н.И. Любушко, М.К. Малев, A.A. Киров. Основным направлением их работ было повышение равномерности распределения растений по площади питания путем совершенствования конструкции распределителя семян в сошниках зерновых сеялок. Наиболее перспективным направлением является совершенствование конструкции пассивных распределителей семян.

Исследованиями процесса взаимодействия рабочих органов машин с почвой занимались В.П. Горячкин, А.П. Иофинов, Г.Н. Синеоков, И.М. Панов, М.Х. Пигу-левский и др.

Методы повышения качества работы почвообрабатывающих и посевных машин путем совершенствования конструктивно-технологических параметров рабочих органов на основе моделирования технологического процесса предложены A.C. Кушнаревым, С.Г. Мударисовым, С.Н. Каповым.

В работах В.Н.Ефимова, И.Н Донских, установлено, что эффективность внесения стартовой дозы удобрений зависит от ширины лент, глубины посева и сме-

щения в сторону от семян. Удобрения с семенами не должны контактировать, т.е. должны быть разделены прослойкой почвы.

Проведенный анализ научных исследований показал, что при посеве зерновых культур по необработанному полю необходимо совмещать несколько технологических операций: подрезание сорняков на всей площади поля, ленгочно-полосовой высев семян, внесение удобрений ниже и в стороне от полосы семян. Для совмещения всех этих операций нами предлагается комбинированный сошник для левггочно-полосового высева семян с внесением удобрений ниже уровня посева (рисунок 1).

Для обоснования параметров сошника необходимо разработать обобщенные математические модели процессов его взаимодействия с почвой и распределения семян с учетом физико-механических свойств почвы и семян.

На основании проведенного анализа состояния вопроса и для достижения поставленной цели в данной работе необходимо решить следующие задачи исследований:

1. Разработать математическую модель технологического процесса работы комбинированного сошника.

2. Обосновать конструктивно - технологические параметры комбинированного сошника для разноглубинного внесения стартовой дозы минеральных удобрений и посева семян.

3. Провести лабораторно-полевые исследования зерновой сеялки с комбинированными сошниками.

4. Изготовить опытный образец сеялки и определить технико-экономическую эффективность ее применения.

Во второй главе «Разработка математической модели технологического процесса работы комбинированного сошника» разработана математическая модель процесса взаимодействия сошника с почвой на основе уравнений динамики сплошной деформируемой среды с учетом силы реакции дна и стенок борозды. Установлены начальные и граничные условия функционирования модели, связанные с конструктивно-технологическими параметрами комбинированного сошника.

> . 5

г I

> / ■ ! \ , ? /! ■ ••• : : !'., ' ; •; | ; . Н}

■ '' " ......... ..........." :.......'''''"•■ « ' ".........■• .........-.•>.•.■.-.- --

///:■■ "■■ ' А

и. ^ Ь', ' о.

1 - долото; 2 - лапа;3 — стойка; 4 — распределитель удобрений;

5 —распределитель семян; 6- семена;7 - удобрения; ау- глубина

внесения удобрений; ас — глубина посева семян, аоб - глубина обработки; Ъ1 - ширина не засеваемой полосы

Рисунок 1 — Технологический процесс разноглубинного внесения удобрений и посева семян

На рисунке 1 представлен технологический процесс разноглубинного внесения удобрений и посева семян. При движении сошник с помощью лапы 2 на установленной глубине подрезает почву и сорняки, разрыхляет, частично сдвигает верхний слой почвы и образуют под каждой стрельчатой лапой борозду с уплотненным дном, на которую из зернотукового

ящика по семяпроводам и распределителю 5 поступают семена б. Удобрения 7 поступают из секции зернотукового ящика по распределителю 4 и укладываются на дно борозды, образованного долотом 1 сошника.

Для обеспечения укладки семян на уплотненное семенное ложе, образуемое стрельчатой лапой, необходимо их подавать за пределы зоны деформации почвы долотом (рисунок 1). Согласно расчетной схеме (рисунок 2) при внесении удобрений ниже глубины высева на 4..5 см для почв среднесуглинистого механического состава, с учетом угла скалывания почвы 0 в продольном направлении, ширина полосы высева «1=50.-60 мм, а ширина незасеваемой полосы ¿>1=70..80 мм. Перекрытие между лапами сошника Р;=50..60 мм выбрано по агротехническим требованиям из условия полного подрезания сорняков.

Рассмотрим технологический процесс взаимодействия сошника с почвой (рисунок 3). Система уравнений динамики сплошной деформируемой многофазной почвенной среды в обобщенном виде записывается следующим образом:

'ди 5ь> ди ди _ 1 (8рл| „ . . _г —— -Ь—'-V +—'-V +—'-V --+(1+5я)/Л"ц

I 81 дх ' ду дг РУ81) , (1=х,у,г) (1)

— + div(pv) = M

где а -^объемная концентрация твердых включений в почве, Р,- объемные силы; Н/кг; у2у, лапласиан; р- плотность почвы; кг/м3; V- динамический

Для численного решения систем уравнений (1) применительно к рабочим органам сеялки (сошникам) необходимо определить область расчета с установленными начальными и граничными условиями.

В процессе взаимодействия комбинированного сошника с почвой от действия долота и стрельчатой лапы в продольном и поперечном направлении образуются плоскости разрушения. При этом в этих плоскостях и рабочих поверхностях сошника возникают следующие силы: сила реакции почвы на рабочую поверхность силы трения почвенных комков по рабочей поверхности .Р^, сила реакции неразрушенной почвы перед лапой Д, (рисунок 3), сила реакции неразрушенной почвы перед долотом Од (рисунок 4). Кроме этого на рабочий орган дейст-

Р, ]а, \ 1>, и. Р, а, Ь, а, Р,

ау- ширина рассева семян; Ъ¡- ширина не засеваемой полосы (лента удобрений); Р1 - перекрытие между лапами сошника

Рисунок 2 - Обоснование ленточно-полосового способа посева

' Эх2 ду1 дг коэффициент вязкости среды, м^/с.

лапой в продольном направлении

вуют силы тяжести почвенных пластов G, когезионная сила С и сила инерции почвенных глыб К.

Граничное условие дна борозды может быть установлено в виде давления подпора со стороны нижних слоев почвы, возникающего как сопротивление объемному сжатаю почвы рабочим органом. Для этого необходимо определить вертикальные силы подпора в продольной и поперечных плоскостях, возникающее в процессе деформации почвы долотом и лапой. Из условия равновесия почвенного пласта в продольной плоскости согласно расчетной схеме (рисунок 3)

R„ cos ап +Fmp smcf„ -Ст\ - С simy - К&тц/+Dn cos(^+p) = 0, (2)

где G] - сила тяжести почвенного пласта, находящегося над лапой, Н;

Откуда сила подпора со стороны неразрушенной почвы в процессе ее деформации лапой в продольной плоскости

D (i:sm(45°-0,5y) + Csm(45°-0,5y) + G;Xsmg, +tgScosan)

(sin ал + tgScos an )cos(45° + 0,5<p) + (cos ал + tg8 ■ sin a Jsin(45° + 0,5?>)

__(K cos(45° - 0,5 <p) + С cos(45° - 0,Sy))(cos a, + fg<?sin a,)

(sin at + igloos a, )cos(45° + 0,5cp) + (cos a„ + tgd ■ sin a, )sin(45° + 0,5<p)' ^

где a„ - угол установки лапы относительно дна борозды, град; <р — угол внутреннего трения, град; 8 - угол трения почвы по поверхности рабочего органа, град; © - угол сдвига относительно вертикальной плоскости в данном случае, град; ©=45°+0,5(р .

,d ......] Вертикальная составляющая силы подпора S, в

" r'l l,\ ~>--L __________________________

Рисунок 4 - Взаимодействие почвенного пласта с долотом

продольной плоскости можно определить как

^=£>,008(45°+0,5 <р). (4)

Рассмотрим взаимодействие почвенного пласта с долотом в продольной плоскости (рисунок 4).Условие равновесия в продольной плоскости = 0

R„ cosай + R„tgSsin a -Csini//-Ksini// + Dd cosftp + <p) = 0, (5)

где сила тяжести почвенного пласта, находящегося над долотом, Н.

Тогда сила подпора со стороны неразрушенной почвы в процессе ее деформации долотом в продольной плоскости

D (^8ш(45°-0,5р) + Смп(45°-0,5р) + д.аХ8т«а + tgScosad)

д (sin ад + tgd cos ад) cos(45° + 0,5ф) + (cos ад + tgS • sin ай) sin(45° + 0,5q>)

__(üTcos(45° - 0,5<p) + Сcos(45° - 0,5y))(cos aó + tgS sin ad )

(sin ad + tgS eos añ) cos(45° + 0,5^>) + (eos ad + /g¿-sm£i:í))sm(45o + 0,5<») ^ Вертикальную силу подпора Sd можно определить как

Sd =Ddcos(45° + 0,5<p). (7)

Рассмотрим взаимодействие почвенного пласта в поперечной плоскости согласно расчетной схеме (рисунок 5).

Сила подпора на пласт, образованного долотом, со стороны неразрушенной почвы

X, V

4 s.

U

d =-

2cos (lf/+cp)

Рисунок 5 — Взаимодействие почвенного пласта с долотом в поперечном направлении

где Оба - сила тяжести пласта, образованного долотом, Н.

Сила подпора на пласт, образованного лапой, со стороны неразрушенной почвы

Gb + Ksin у + Csii\у/- SSei 2cos (i//+ g?)

= 0 ,

(10)

где Gg, - сила тяжести почвенного пласта, образованного лапой, H. S6d - вертикальная составляющая силы подпора в поперечной плоскости долотом; S6a - вертикальная составляющая силы подпора в поперечной плоскости лапой.

На основе расчетной схемы (рисунок 1) определены начальные и граничные условия (рисунок 6). В качестве начальных условий необходимо установить нулевое давление за пределами зоны деформации, т.е на границах «вход» Рю=0 и «выход» Рвых=0, нулевое давление на границе раздела почвы и воздуха ргр=0, скорость потока почвенной среды на входе в расчетную область У0, а в качестве граничных условий - давление на поверхности скола,

D6àcosç>

образованного долотом

Peà=-

Рисунок 6 — Область расчета с граничными условиями

давление на поверхности скола, образо-£) cosçp

, давление

ванного лапой Dà cos <р

почвенного пласта на долото

давление почвенного пласта на лапу

_Длсо $<р _ 2

"л --, где «„ ¡а - площадь боковой поверхности скола пласта долотом, мм ;

- площадь боковой поверхности скола пласта лапой, мм2; я„.а - площадь деформации пласта долотом, мм2; - площадь деформации пласта лапой, мм2.

Установленные начальные и граничные условия определяют область расчета математической модели технологического процесса взаимодействия комбинированного сошника с почвой. Численная реализации разработанной модели произведена в программном комплексе Р1о\уУшоп.

На равномерность распределения семян существенное влияние оказывают параметры распределителя. Высеваемый материал, поступая через входной канал 1

направителя, разделяется на два равных потока с помощью разделителя 2 (рисунок 7), затем семена поступают в направигели для семян 3 и скользя по ее внутренней поверхности распределяются на две полосы по борозде. В связи с тем, что оба направителя симметричны и процессы, проходящие в них одинаковы, то в дальнейшем будем рассматривать лишь один из них.

Частица (зерно) массой т, попадая из семяпровода на поверхность СК с начальной скоростью Уч 0, движется по поверхности вниз с ускорением под действием силы тяжести Оч = т§. При этом возникают следующие силы - нормальная реакция А// , сила трения (/ = г&^р где / - коэффициент трения скольжения частицы (зерна) по поверхности распределителя, <рр - угол трения). Отсюда получим Nl=mgcosa1p, где а1р -угол распределителя.

Дифференциальное уравнение движения частицы как материальной точки в проекции действующих сил на ось X вдоль прямолинейной направляющей СК имеет вид

тх = п^зтар -fingcos,alp^ (Ц)

Интегрированием данного уравнения можно определить скорость частиц при выходе из распределителя

Рисунок 7 — Расчетная, схема движения семян по поверхности распределителя

Рисунок 8 —Расчетная схема поверхности распределителя в координатах

К =-

1

СО

{^Кс,с™2 <Рр+2Ьр£со$<рр сск^ (12)

где Ьр - длина наклонного участка распределителя.

Дальнейшее движение семян рассмотрим как движение тела, брошенное под углом к горизонту (рисунок 8).

В начальный момент времени зерно (частица) имеет скорость Уч, которую можно представить двумя составляющими. Вертикальная составляющая Уч г характеризует свободное падение частицы до поверхности земли, горизонтальная составляющая скорости Уч у постоянна по модулю и определяет перемещение вдоль оси Оу. Соответственно расстояние полета частицы Ц равно перемещению вдоль оси Оу , высота падения частицы Н1 равна перемещению по оси Ог. Ь[2, Н2 находим аналогично.

Кинематические уравнения, определяющие движение частицы имеют вид

Учу=¥ч совар, (13)

К,= УуЗ тар+ё1р, (14)

у= Уч 1р совор, (15)

. 2

2=Г,/р51П , (16)

где - время полёта частицы до земли; угол распределителя Ор равен ар =90 - ур.

Т.к. г=Н\ запишем уравнение (16) в виде

Н, =VJ„s'ma„ +

ч р

01 2

(17)

отсюда выразим время полета частицы

K4sin а К, sin а 2Я,

т (18)

Для построения геометрической поверхности распределителя, обеспечивающего распределение семян на заданную ширину рассева a¡, необходимо определить высоту Нj расположения нижних точек схода частиц. Из уравнения (18) находим

Г'sin2al , gL'.-+i| -1

Я,

v cosa; sin а

ку 1

<19>

Расстояния Lь Li должны соответствовать ширине рассева a¡ согласно рисун-

(20)

4=/02+4=у+.«1. (21)

Параметры 1йь 1щ (рисунок 8) были выбраны из конструктивных соображений из условия обеспечения свободного прохода семян: /01=15 мм, /ог=50 мм.

Подставив значение Ы= 35 мм в выражение (19) определим высоту Н] распределителя семян: Высоту Н2 находим аналогично. При ширине рассева а]=50 мм Н1=26 мм, Н2=46 мм.

Для построения внутренней поверхности распределителя к отрезку АВ, определяемое в пространстве координатами (/oi,Hi) и (¿огД) проведем линию АС, определяемую углами yv =38°, (Зр =75° (рисунок 9). В образовавшейся плоскости ABC построим линии ската. Движение зерна по данной плоскости будет происходить по линиям ската.

4> Qi'K.KX' Г С;<х,:Гс,гг!

К- Xi.il ,

h Ж f J ' ■■■-><

■ ¡ь> - Ц *Аля\

;,т*яатш __Bfayg,

az. г .v

j -ч__ч?

ti, \

tr-W * и

5j : -иЩ'Щ скати

Рисунок 9 -Расчетная схема построения линии ската поверхности распределителя

Семейство прямых параллельных линий ската составляют плоскость распределителя (внутренняя поверхность) по которой перемещается высеваемый материал. При этом будет осуществляться равномерное распределение семян по всей ширине высева

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» представлена программа и методика экспериментальных исследований, которые включают лабораторные, лабораторно-полевые, полевые исследования по обоснованию конструктивно-технологических параметров комбинированного сошника и сеялки для разноглубинного внесения минеральных удобрений и посева семян.

Для энергетической оценки и качества работы разработанного комбинированного сошника нами были проведены лабораторные исследования на почвенном канале кафедры сельскохозяйственных машин БГАУ.

Лабораторно-полевые испытания проводились на полях хозяйства «Агли» Чишминского района Республики Башкортостан с использованием отраслевых стандартов OCT-OW.5.1-2000 «Испытания сельскохозяйственной техники. Машины посевные. Методы оценки функциональных показателей». Программой агротехнической оценки предусматривалось определение равномерности распределения семян по площади поля сеялкой, оборудованной разработанными комбинированными и существующими серийными сошниками.

Полевые эксперименты проводились в учебно-научном центре ФГБОУ ВПО Башкирского ГАУ в 2012 г. в агрегате с трактором МТЗ-82.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований по обоснованию конструктивно-технологических параметров комбинированного сошника» приводятся результаты исследования влияния угла установки долота, параметров лапы на тяговое сопротивление, на площадь предсошникового холма, на ширину и длину засыпания борозды. Результаты сравнительной характеристики тягового сопротивления с различными рабочими органами. Обоснованы конструктивно - технологические параметры комбинированного сошника.

Для проверки адекватности разработанной модели исследовалось тяговое сопротивление комбинированного сошника на почвенном канале кафедры СХМ БГАУ и по сравнению с теоретическими, полученными в результате численной реализации разработанной модели в РкэлуУМоп.

На рисунке 10 представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований. Полученные экспериментальные и теоретические зависимости находятся в доверительной зоне с уровнем значимости 95% по критерию Фишера, что свидетельствует об адекватности разработанной модели. Адекватность результатов технологического процесса взаимодействия комбинированного сошника с почвой позволяет использовать ее для теоретического обоснования его конструктивно-технологических параметров.

Рассмотрим зависимости силы сопротивления комбинированного сошника от угла установки долота ко дну борозды (угол крошения) ад (рисунок 11).

Й.1, ы

._ % 4............у = б.0002х* 1'Й,оУ55}? - 0.&Я7Х *

. - теоретические данные;

—----экспериментальные данные

Рисунок 10 - Зависимость тягового сопротив-

1-Я, 2-Я,, 3-Я,

Рисунок 11 - Зависимости силы сопротивления комбинированного сошника от угла кроьиения долота

ленш комбинированного сошника от скорости

Лабораторные эксперименты на почвенном канале позволили установить,

что наименьшее сопротивление комбинированного сошника наблюдается при установке угла установки долота в диапазоне

а»; «з

В] — ширина посева; В — ширина засыпания борозды

Рисунок 12 - Визуализация образования предсошниково-го холма (а), £ -площадь холма; Визуализация расчетов траектории движения частиц почвы (б)

Л*., мм -

«»»««■ » град

Рисунок 13 - Зависимость площади предсош-никового холма от угла крошения долота

б) При движении сошника в

почве на некотором расстоянии впереди и по обе стороны от центра появляется так называемый предсошниковый холм (рисунок 12). Область почвы, на которую воздействует сошник, характеризуется поверхностью с некоторым контуром, размеры которого в продольном и поперечном направлениях обусловлены углом установки долота и типом почвы. Сошники должны образовывать борозды без выворачивания на поверхности влажных ело-

ев почв и уплотнять дно борозды для образования семенного ложа. В связи с этим в качестве критерия оценки качества работы сошника нами принята площадь пред-сошникового холма при различных углах установки долота. Мы рассмотрели также процесс закрытия борозды после прохода сошника, для этого измерялась траектория движения частиц почвы при различных углах установки долота. Наименьшая ширина соответствует лучшему засыпанию борозды.

Лобовой профиль долота также оказывает влияние на тяговое сопротивление рабочего органа (рисунок 15). В целях уменьшения тягового сопротивления исследовались различные профили для построения долота (рисунок 14).

1 — цепная линия; 2 — парабола; 3 — клотоида; 4 — окружность; 5 - прямая; Ъы- высота лобового профиля; ад —угол крошения долота

1 — цепная линию; 2 - клотоида; 3 - окружность; 4 - прямая; 5 - парабола

Рисунок 15 - Зависимость тягового сопротивления комбинированного сошника при различных формах долота

Рисунок 14 — Формы долота

Из зависимости (рисунок 15) видно, что наименьшее сопротивление испытывает долото в виде дуги окружности радиусом 11=250 мм.

В процессе моделирования было установлено, что на сопротивление рабочих органов оказывают параметры лапы. Рассмотрим влияние параметров лапы на тяговое сопротивление. Лапы характеризуются такими основными параметрами, как ширина захвата В, угол раствора 2ул, угол крошения рл, угол подъема, толщина лапы в, угол заточки лезвия 1, угол зазора между лезвием и почвой в. На рисунке 16 представлена поверхность отклика и двумерное сечение, характеризующие за-

грси

ЗГИ?

й-.

**

а)

Рисунок 1 б —Поверхность отклика (а), двумерное сечение (б) характеризующие зависимости силы сопротивления комбинированного сошника от углов раствора крыльев 2ул и крошения рл лапы комбинированного сошника

висимости силы сопротивления комбинированного сошника от углов раствора крыльев 2ул и крошения (3„ лапы комбинированного сошника.

Наименьшее сопротивление комбинированный сошник испытывает при угле раствора крыльев 2у„ =62°...66° икрошения р„ =18°...22°(рисунок 16).

На рисунке 17 представлены поверхность отклика и двумерное сечение, характеризующие площадь предсошникового холма комбинированного сошника от углов раствора крыльев 2у„ и крошения (Зл лапы комбинированного сошника. Наименьшая площадь предсошникового холма получается при угле раствора крыльев 2ул =62 "... 64 ° и крошения рл =18°... 20°.

' 25 ^

а)

Рисунок 17 - Поверхность отклика (а), двумерное сечение (б) характеризующие площадь предсошникового холма комбинированного сошника от углов раствора крыльев 2уп и крошения рл лапы комбинированного сошника

Сравнительная энергетическая оценка комбинированного сошника проведена на специально изготовленной лабораторной установке в почвенном канале (рисунок 18). Оценка тягового сопротивления разработанного сошника производилась по сравнению с комбинированным рабочим органом НогбсЬ, т.к. данный рабочий также осуществляет

ЩЯШШшШ

иш

Рисунок 18 - Экспериментальная установка для исследования равномерности распределения семян (а), измерительный комплекс М1С-4000 во время проведения опыта (б)

разноглубинную заделку удобрений и семян.

На рисунке 19 представлены зависимости тягового сопротивления рабочих органов от глубины обработки сошников.

В результате сравнительных исследований сошников установлено, что комбинированный сошник испытывает меньшую силу сопротивления, чем сошник НогвсЬ на всем диапазоне проведенных экспериментов.

R^H.

к $ 5.5 f

-- комбинированный сошник;

---- сошник Mörsch;

----- серийный сошник

Рисунок 19 — Зависимость тягового сопротивления от глубины обработки

Экспериментальный комбинированный сошник на меньших глубинах посева (до 6,5 см) по сравнению с серийным сошником сеялки СЗС-2,1 испытывает большее сопротивление. Однако при дальнейшем увеличении глубины посева тяговое сопротивление у разработанного сошника меньше.

Для обоснования параметров распределителя семян были проведены дробнофакторные эксперименты на поч-

венном канале (рисунок 18).

По результатам дробнофакторного эксперимента получено уравнение регрессии

У = 0,07 + 0,3+ 0,57Х2 - 0,043ХЭ - 0,031Х4 + 0,6 ЩХ2 + 0,012Х,Х3 + 0,034Х,Х4, где измеряемые параметры: равномерность по ширине У в зависимости от угла 2ур - Хи утла рр - Х2, высота распределителя - Хз, скорости движения - Х4. В качестве критерия оценки качества распределения семян нами принят коэффициент вариации их распределения по площади засеваемой полосы.

По уравнению регрессии видно, что наибольшее влияние на равномерность распределения семян оказывают углы распределителя семян 2ур, Рр. В связи с этим в дальнейшем изучались эти параметры.

На рисунках 19, 20 представлена поверхность отклика и двумерное сечение характеризующие коэффициента вариации распределения растений по площади засеваемой полосы от углов 2ур и Рр распределителя семян, из которых видно, что

коэффициент вариации меньше 3,5 % при углах 2ур =76° и Рр -73°.

Рисунок 20 — Двумерное сечение (а), поверхность отклика (б) характеризующее коэффициент вариации от углов 2ур и Рр распределителя семян

Коэфициент вариации распределения растений по площади засеваемой полосы для разработанного распределителя семян не превышает 5% и удовлетворяет агротехническим требованиям. В результате полученных данных установлено, что оптимальными для распределителя семян являются значениями углов 2ур =16° и РР =73°. На основе результатов теоретических исследований из-

готовлены комбинированные сошники с углами раствора крыльев лапы 2ур =76с и крошения рр =73°.

По результатам лабора-торно - полевых исследований (рисунок 21) установлено, что в ¡щЩЙС среднем биологическая

урожайность озимой тритикале на участке засеянном стерневой зерновой сеялкой с

т

111

Рисунок 21 - Зерновая сеялка СЗС-2,1 с комбинированными сошниками во время проведения лабораторно-полевых исследований (а, б) разработанными комбинированными сошниками составила 31,8 п/га, что на 12,4% больше чем на участке засеянной стандартной сеялкой СЗС-2,1 - урожайность 28,9 ц/га. Полевые эксперименты проводились в учебно-научном центре ФГБОУ ВПО Башкирского ГАУ Уфимский район (рисунок 21). Коэффициент вариации по глубине заделки семян на контрольном участке составил 14,3 %, а для экспериментального 12,1%. Данный показатель характеризует, что у экспериментальной сеялки равномерность заделки семян в слой почвы не превышает 15 %, что удовлетворяет агротехническим требованиям.

Коэфициент вариации распределения растений по площади засеваемой полосы для зерновой сеялки СЗС-2,1 с комбинированными сошниками не превышает 5% и удовлетворяет агротехническим требованиям.

По результатам полевых исследований (рисунок 22) установлено, что в среднем биологическая урожайность яровой пшеницы на участке, засеянном разработанной стерневой зерновой сеялкой составила 39,0 ц/га, что на 13,6% больше, на ■ж ........................ участке засеянной стан-

дартной сеялкой С3-3,6 (урожайность 33,7 ц/га).

В пятой главе «Расчёты экономической эффективности» определена эффективность применения разработанной сеялки при посеве зерновых культур. Применение зерновой сеялки для разноглубинного внесения удобрений и посева семян позволило за счет повышения равномерности распределения семян по площади питания повысить урожайность и получить экономический эффект при полной годовой загрузке по сравнению с серийной сеялкой С3-3,6 в размере 936684 руб. Дополнительные капитальные вложения на переоборудование сеялки составляют 27 тыс. руб., срок окупаемости один сезон.

Рисунок 22 - Экспериментальный образец зерновой сеялки для разноглубинного внесения удобрений и посева семян во время производственных испытаний (а), комбинированный сошник для разноглубинного внесения удобрений и посева семян (б).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана математическая модель процесса взаимодействия сошника с почвой на основе уравнений динамики сплошной деформируемой среды с учетом силы реакции дна и стенок борозды. Установлены начальные и граничные условия функционирования модели, связанные с конструктивно-технологическими параметрами комбинированного сошника. Разработана математическая модель процесса движения семян и их распределения сошником, на основе которой получена внутренняя поверхность распределителя в виде семейства линий ската, позволяющая обеспечить равномерное распределение семян по всей полосе высева.

2. Обоснована конструктивная схема сошника для разноглубинного внесения удобрений и посева семян как комбинация долотообразного и лапового рабочих органов. Установлено, что оптимальными параметрами для лапы сошника являются углы раствора крыльев 2уж =62°...64° и крошения рл =18°...20°, наименьшее сопротивление рабочий орган испытывает при использовании долота в форме дуги окружности радиусом 11=250 мм и угле крошения ад =60°. Оптимальными для распределителя семян являются - угол раствора 2ур =76° и угол наклона рр =73°, высота распределителя в нижней части Н1 = 26 мм, в верхней части Н2 = 46 мм.

3. Установлено, что в среднем биологическая урожайность озимой тритикале, на участке, засеянном стерневой зерновой сеялкой с разработанными комбинированными сошниками составила 31,8 ц/га, что на 12,4% больше, на участке засеянной серийной сеялкой СЗС-2,1. Коэфициент вариации распределения растений по площади засеваемой полосы для разработанного сошника не превышает 5% и удовлетворяет агротехническим требованиям.

4. Изготовлен опытный образец зерновой сеялки для разноглубинного внесения удобрений и посева семян. Установлено, что коэффициент вариации по глубине заделки семян на контрольном участке составил 14,3 %, а для разработанной сеялки - 12,1% . По результатам полевых исследовашш установлено, что в среднем биологическая урожайность яровой пшеницы на участке, засеянном разработанной сеялкой составила 39,0 ц/га, что на 13,6% больше, чем на участке, засеянном стандартной сеялкой С3-3,6 (урожайность 33,7 ц/га). Внедрение в производство разработанной стерневой зерновой сеялки экономически обосновано, так как годовой экономический эффект при нормативной годовой загрузке сеялки составляет 936684 руб. Дополнительные капиталовложения на переоборудование сеялки СЗС-2,1 составляет 27 тыс. руб., срок окупаемости - один сезон.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Мухаметдинов A.M. Результаты агротехнической оценки комбинированного сошника / С.Г. Мударисов, A.M. Мухаметдинов // Вестник УГСХА. Научно-теоретический журнал, №1(13), Ульяновск: УГСХА, 2011 - С.100-102

патенты:

2. Патент на полезную модель №116307 РФ, А01С 7/00 «Комбшшрован-ный рабочий орган / A.M. Мухаметдинов, С.Г. Мударисов, Р. Ф. Юсупов (Россия). -№2012106087/13; Заявлено 20.02.2012; Опубл. 27.05.2012. с.4.

в других изданиях:

3. Мухаметдинов A.M. Анализ распределительных систем зерновых пневматических сеялок // Материалы XLIX международной научно-технической конференции. "Достижение науки - агропромышленному производетву", 4.2. Челябинск: ЧГАА, 2010. - С.261-266.

4. Мухаметдинов A.M. Определение возможности математического описания процесса работы пневматических систем СХМ как гетерогенная двухфазная среда "газ-твердые частицы" / С.Г. Мударисов, З.С. Рахимов, A.B. Шарафутдинов, И. Д. Бадретдшюв // Материалы XLIX международной научно-практической конференции "Достижения науки - агропромышленному производству". 4.2. Челябинск: ЧГАА, 2010. -С.80-82.

5. Мухаметдинов A.M. Пути совершенствования распределительных систем пневматических зерновых сеялок / С.Г. Мударисов, A.M. Мухаметдинов // Материалы всероссийской научн. практ. конф. с междун. участием в рамках XX Международной специал. выставки "АгроКомплекс-2010"Уфа, БашГАУ 2010г. - С. 102106.

6. Мухаметдинов A.M. Энергетическая оценка комбинированного сошника// Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию ФГОУ ВПО "Башкирский ГАУ" Состояние, проблемы и перспективы развития АПК, - Уфа: БашГАУ 2010. С 77-80.

7. Мухаметдинов A.M. Разработка комбинированного сошника для переоборудования зерновых сеялок СЗС-2,1 / С.Г. Мударисов, A.M. Мухаметдинов // Материны всероссийской научн. практ. конф. "Ремонт. Восстановление. Реновация" -Уфа: ФГОУ ВПО Башкирский ГАУ, 2011. - С. 86-88.

8. Мухаметдинов A.M. Результаты лабораторно-полевых исследований экспериментального комбинированного сошника // Материалы всероссийской научн. практ. конф. с междун. участием в рамках XXI Международной специал. выставки "АгроКомплекс-2011" - Уфа: ФГОУ ВПО Башкирский ГАУ, 2011. - С. 58-61.

9. Мухаметдинов A.M. Результаты полевых испытаний комбинировашюго сошника / С.Г. Мударисов, A.M. Мухаметдинов // Материалы L международной научно-технической конференции "Достижения науки - агропромышленному производству". Ч.З. Челябинск: ЧГАА, 2011. - С. 171-175.

10. Мухаметдинов A.M. Результаты экспериментальных исследований комбинированного сошника // Материалы IV Всероссийской научно-практической

конференции молодых ученых. - Уфа: ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ, 2011. -С. 124-126.

11. Мухаметдинов A.M. Обоснование конструктивно-технологических параметров комбинированного сошника / С.Г. Мударисов, A.M. Мухаметдинов // Материалы всероссийской научн. практ. конф. с междун. участием в рамках XXII Международной специал. выставки "АгроКомплекс-2012" - Уфа: ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ, 2012. - С. 372-375.

Подписано в печать 24.09.2012. Формат бумаги 60 '841/16. Усл. печ. л. 1,16 Бумага офсетная. Гарнитура «Тайме». Печать трафаретная. Заказ 403. Тираж 100 экз.

Типография ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ 450001, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34

61 12-5/4202

ФГБОУ ВПО «БАШКИРСКИМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

МУХАМЕТДИНОВ Айрат Мидхатович

РАЗРАБОТКА КОМБИНИРОВАННОГО СОШНИКА ДЛЯ РАЗНОГЛУБИННОГО ВНЕСЕНИЯ УДОБРЕНИЙ И ПОСЕВА

СЕМЯН

05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук профессор С.Г. Мударисов

Уфа-2012

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ...............................................................................4

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.................8

1.1 Основные способы внесения удобрений и их эффективность ...... 8

1.2 Обзор конструкций сеялок и сошников для прямого посева с внесением удобрений................................................................................15

1.3 Анализ научных исследований по обоснованию конструктивно-технологических параметров сошников...............................................................28

1.4 Цель и задачи исследования................................................. 32

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАБОТЫ КОМБИНИЮВАННОГО СОШНИКА 33

2.1 Обоснование конструктивной схемы комбинированного сошника 33

2.2 Разработка математической модели процесса взаимодействия комбинированного сошника с почвой...................................................................37

2.3 Разработка математической модели процесса движения семян в распределителе........................................................................ 56

Выводы по главе 63

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

64

ИССЛЕДОВАНИЙ.....................................................................

3.1 Методика лабораторных исследований ..............................................64

3.2 Методика лабораторно - полевых испытаний..........................................75

3.3 Методика полевых испытаний...................................................79

Выводы по главе..................................................................................................83

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОБОСНОВАНИЮ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

84

ПАРАМЕТРОВ КОМБИНИРОВАННОГО СОШНИКА......................

4.1 Проверка адекватности модели .................................................................................84

4.2 Теоретическое обоснование основных конструктивно-

технологических параметров сошника ..........................................

4.2.1 Обоснование параметров долота........................................86

4.2.2 Обоснование параметров лапы комбинированного сошника 95

4.3 Результаты лабораторных исследований ............................103

4.3.1 Результаты исследований по обоснованию параметров распределителей..................................................................

4.3.2 Энергетическая оценка рабочего органа.........................................106

4.4 Результаты лабораторно-полевых исследований.................. 108

4.5 Результаты полевых исследований..............................................112

Выводы по главе...........................................................................................117

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ И

118

РЕЗУЛЬТАТЫ ВНЕДРЕНИЯ ......................................................

Выводы по главе................................................................ —... 122

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ..........................................................................................123

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..,..................................................................................................125

ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................... 136

ВВЕДЕНИЕ

Задачей сельскохозяйственного производства является получение высоких урожаев. Основы будущего урожая закладываются при посеве, поэтому при возделывании зерновых культур ему уделяется особое внимание. В настоящее время в мировой практике все большее распространение получает прямой посев, который имеет ряд преимуществ - снижение общей стоимости обработки, меньший износ техники и потребление топлива, значительное сокращение эрозии и повышение плодородия. Используемые же в настоящее время зерновые сеялки не в полной мере соответствуют предъявляемым к ним требованиям по эффективному внесению удобрений, закрытию семян почвой при работе по стерневым фонам.

В существующих сошниках сеялок удобрение в основном вносят совместно с семенами. Предпочтительным же является раздельное внесение удобрений. При этом для лучшего формирования корневой системы и появления дружных всходов желательно удобрения вносить ниже глубины заделки семян.

Решение данных задач требует изучения процессов взаимодействия сошника с почвой, распределения семян и удобрений, и исследования влияния конструктивно-технологических параметров на качество посева. В связи с этим повышение урожайности зерновых культур за счет совершенствования технологического процесса работы сошника является актуальной научно-технической задачей.

Цель работы. Повышение качества работы сеялки для прямого посева зерновых культур путем совершенствования конструктивной схемы и технологических параметров сошника.

Объект исследования. Технологические процессы взаимодействия комби ни рованного сошника с почвой и распределения семян.

Предмет исследования. Закономерности взаимодействия комбинированного сошника с почвой, изменения агротехнических и энергетических показателей работы в зависимости от его конструктивно-технологических параметров.

Методика исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием положений и методов механики сплошных деформируемых сред и классической механики. Экспериментальные исследования в лабораторных и полевых условиях выполнены с использованием стандартных и частных методик с применением методов планирования эксперимента. Полученные экспериментальные данные обработаны методами математической статистики на ЭВМ.

Научная новизна»

1. Разработана математическая модель процесса взаимодействия комбинированного сошника с почвой с учетом процесса уплотнения дна борозды долотом и лапой.

2, Разработана математическая модель технологического процесса распределения семян с учетом конструктивных параметров распределителя.

Практическая значимость. Результаты теоретических и экспериментальных исследований получили практическую реализацию при разработке комбинированных сошников для переоборудования зерновых сеялок типа СЗС-2,1 и опытног о образца зерновой сеялки.

Работа выполнена в соответствии с научно-исследовательской программой на 2010-2013 гг. «Повышение качества выполнения технологических операций на основе совершенствования рабочих органов сельскохозяйственных машин» (Per. № 01.2010.58947) на кафедре сельскохозяйственных машин ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ.

Реализация результатов исследований» Экспериментальная зерновая сеялка СЗС-2,1 с комбинированными сошниками прошла лабораторно-полевые испытания на полях КФХ «Агли» Чишминского района Республики Башкортостан. Опытный образец сеялки использовался при посеве зерновых культур в учебно-научном центре ФГБОУ ВПО Башкирского ГАУ (Уфимский район Республики Башкортостан).

Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при разработке комбинированных сошников для зерновых сеялок СЗС-2,1 в Чишминском филиале ГУ СП «Башсельхозтехника».

Вклад автора в проведенное исследование. Изготовлены опытные образцы комбинированных сошников и зерновой сеялки для разноглубинного внесения удобрений и посева семян. Проведены лабораторно-полевые и полевые исследования сошников и сеялки.

Разработана математическая модель процесса взаимодействия сошника с почвой на основе уравнений динамики сплошной деформируемой среды с учетом силы реакции дна и стенок борозды. Установлены начальные и граничные условия функционирования модели, связанные с конструктивно-технологическими параметрами комбинированного сошника. Произведена обработка и интерпретация экспериментальных данных, подготовлены основные публикации и выводы по выполненной работе.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и одобрены на научно-практических конференциях Башкирского ГА У (2010...2012 гг.), Челябинского ГАА (2010...2011 гг.) и Ульяновского ГСХА (2011 г.), Саратовского ГАУ (2012 г.), Всероссийском форуме «Роль молодежи в инновационном развитии АПК России» (г. Москва, 2011 г.), I Международном форуме сельской молодежи «Устойчивое развитие сельских территорий в условиях современного мира» (г. Ульяновск, 2011 г.), в конкурсе «Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса» («У.М.Н.И.К.»), в 1-этапе проекта «Инновационная Россия - Инновационный Башкортостан» (п. Абзаково, 2011 г.).

Результаты диссертационной работы демонстрировались и были отмечены на региональных и всероссийских выставках. Авторы награждены серебряными медалями XXI специализированной выставки «Агрокомплекс-2011» (г. Уфа) и XIII Российской агропромышленной выставки «Золотая осень - 2011» (г. Москва). Мухаметдинов A.M. отмечен именной стипендией

и награжден почетной грамотой ОАО "Росагролизинг" за разработку комбинированного сошника (г. Москва, 2011г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе одна статья в издании, указанном в «Перечне ВАК». Общий объем публикаций составляет 2,62 п.л., из них автору принадлежит 1.61 п.л.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, списка литературы, выводов и приложений. Работа изложена на 122 страницах машинописного текста, список литературы содержит 123 наименований, в том числе 5 на иностранном языке.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту;

1. Математическое описание технологического процесса взаимодействия комбинированного сошника с почвой.

2. Математическое описание движения семян в распределителе комбинированного сошника.

3. Конструктивно - технологические обоснование параметров комбинированного сошника для разноглубинного внесения стартовой дозы минеральных удобрений и посева семян.

4. Экспериментальная оценка комби нированного сошника и зерновой сеялки.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Основные способы внесения удобрений и их эффективность

В общем объеме технологических операций при производстве сельскохозяйственных кулыур посеву принадлежит основное значение.

В настоящее время распространение получает посев по стерневому фону, без предварительной обработки почвы - прямой посев. При прямом посеве почва полностью покрыта растительными остатками предыдущей культуры. Прямой посев позволяет уменьшить риск возникновения эрозии, а также оперативные затраты. Однако имеет некоторые недостатки: не подходит для почв, подвергшихся сильной эрозии, комкованию, пересыханию, не размягчаются слои почвы, в которых происходят вызревание и всходы семян. Требует глубоких знаний о борьбе с сорняками, т.к. механический способ их уничтожения в данном случае неприменим [107].

При традиционном способе возделывания зерновых культур большой вред плодородию почвы оказывают процессы эрозии, что соответственно снижает урожайность культур. Всеобщая распашка земель привели к широкому распрос гранению ветровой эрозии. Также распространена водная эрозия на склоновых, горных землях практически во многих земледельческих районах. Защита почв от эрозии должна учитываться в организационно-хозяйственных и агротехнических мероприятий. Как показывают зарубежные исследования, при благоприятных условиях урожайность сельскохозяйственных культур при прямом посеве равна или превосходит урожайность при использовании обычной технологии возделывания, а также защищает почву от эрозии [1].

В свою очередь к технике для прямого посева, кроме установленных агротехнических требований, предъявляются специфические требования. Они должны как можно меньше рыхлить, перемешивать, выносить влажные слои почвы на поверхность и более равномерно размещать семена для их лучшего прорастания. Конструкция сеялки должна обеспечивать работу на все время эксплуатации, как на влажных, так и на сухих почвах с большим

количеством растительных остатков [96]. При уборке урожая необходимо равномерно распределять растительные остатки по поверхности поля. Для предотвращения забивания сошников сеялки также необходимо, чтобы растительные остатки после уборки не были слишком высоки.

К посеву зерновых культур предъявляются следующие основные агротехнические требования:

1. Посев следует производить в сроки, оптимальные для данной культуры в данном районе.

2. В соответствии с установленной нормой высева сеялки должны равномерно распределять семена по площади в рядах, заделывать их во влажный слой почвы на заданную глубину и одновременно внести при посеве удобрения с установленной нормой.

3. Отклонение от заданной нормы высева семян не должно превышать ± 3, а нормы высева минеральных удобрений ± 10%.

4. Средняя неравномерность высева семян в рядках, то есть отдельными высевающими аппаратами не должно превышать ± 3, зернобобовых ± 4, а трав ±8 %,

5. Повреждение семян при севе зерновых культур рабочими органами посевных машин не должно превышать 0,3 % , зернобобовых - 1, кукурузы -1,5 %, сахарной свеклы - 0,5 %.

6. Семена должны быть равномерно распределены по всей площади в рядках и заделаны на оптимальную глубину.

7. Глубина заделки семян не должна отклоняться более чем на ±15%, что примерно составляет для зерновых колосовых ± 1 см, кукурузы ± 2 см, сахарной свеклы ± 0,5 см.

8. Во время сева должны быть строго выдержаны ширины основных и стыковых междурядий, а также прямолинейность рядков.

9. При посеве не допускаются огрехи и перекрытия, а также на поверхности поля незаделанные семена [44].

Урожайность зерновых культур зависит не только от качества выполнения агротехнических мероприятий, но и от оптимального сочетания удобрений, сроков и способов внесения [33].

Целью внесения удобрений является обеспечение растений в период их формирования питательными веществами в необходимом объеме. Способ внесения удобрений зависит от вида возделываемой культуры, вида удобрения и почвенно-климатических условий. Удобрения должны быть расположены по возможности в районе формирования корневой системы растения для появления дружных всходов и полноценного прорастаний растений для получения высоких урожаев.

Вопросами эффективного применения удобрений занимались В.Н.Ефимов [33], И.Н Донских [33], В. П. Царенко [33], С.Г. Гизатуллин [79], Р.Ф. Зиязетдинов [88], О. И. Прокопов, А. Н. Скурятин [104] и др.

Способы внесения удобрений зависят от агротехнических условий сельскохозяйственных культур. По назначению и времени различают такие способы, как допосевное (основное), припосевное, послепосевное, запасное, сочетание различных способов внесения удобрений. Классификация основных способов внесения удобрений представлена на рисунке 1.1.

Допосевное (основное) удобрение вносят вразброс или локально по поверхности поля. Недостатком является большой расход удобрений и неэффективное использование корневой системой растений.

Припосевное удобрение вносят одновременно с посевом. Припосевное удобрение позволяет растениям за короткий срок сформировать хорошо развитую корневую систему.

Послепосевное удобрение (подкормку) проводят при недостач ном внесении основного удобрения, для усиления питания в наиболее важные периоды, улучшения качества продукции.

До жсе&ное (основное! (¡несение

О „ г „„ /¡окольно Вразброс ^бнтрштвеш/

Разброс по поверхности поля ГШагами 6 зоне | разбития корнеЬай I системы \ ..........

Припосебнай способ внесения удобрений

Совместно с семенами

Вглубь и в сторону от семян

Послепосебное

Внесение удобрений подкормка

Запасное Внесение нескольких доз)

Сочетание разный способов

|

В сторону от семян Вглубь от семян Иньетиробание Прикорнебай

Ленточный

Горизонтальная

лента

Наклонная пета

Лента прерыбистая

Поверхностное

Почбенный

Лента сплошная

Листодой

Рисунок 1.1 — Основные способы внесения удобрений

Удобрением в запас называется внесение нескольких (2-3) доз удобрений за один прием на 2-3 года. При таком способе экономятся трудовые, технические и экономические ресурсы. Недостатком является то, что может привести к ожогу растений.

Отдельно взятый способ внесения удобрений не может способствовать созданию хороших условий питания растений на протяжении всего вегетационного периода и получению высокого урожая. Поэтому необходимо сочетание различных способов внесения удобрений [33]. Но на это требуются большие экономические затраты. Соответственно необходимо выбрать наиболее эффективный способ внесения удобрений.

В результате анализа литературных источников установлено, что урожайность зерновых культур увеличивается на 2..5 ц/га коэффициент использования питательных веществ растениями - на 7.. 13% при локальном внесении удобрений по сравнению с разбросным [101].

В работах В.Н.Ефимова [33], И.Н Донских [33], установлено, что эффективность внесения стартовой дозы удобрений зависит от ширины лент, глубины посева и смещения в сторону от семян. Удобрения с семенами не должны контактировать, т.е. должны быть разделены прослойкой почвы.

Учеными установлено, что для получения равных прибавок