Совершенствование процесса подачи семян пропашных культур пневмовакуумным аппаратом

Должиков, Валерий Викторович

Технологии и средства механизации сельского хозяйства

автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование процесса подачи семян пропашных культур пневмовакуумным аппаратом

кандидата технических наук: Должиков, Валерий Викторович
город: Зерноград
год: 2013
специальность ВАК РФ: 05.20.01
цена: 450 рублей

Диссертация по процессам и машинам агроинженерных систем на тему «Совершенствование процесса подачи семян пропашных культур пневмовакуумным аппаратом»

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование процесса подачи семян пропашных культур пневмовакуумным аппаратом"

На правах рукописи

Должиков Валерий Викторович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОДАЧИ СЕМЯН ПРОПАШНЫХ КУЛЬТУР ПНЕВМОВАКУУМНЫМ АППАРАТОМ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства (по техническим наукам)

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

.013

005058750

3ерноград-2013

005058750

Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» (ФГБОУ ВПО АЧГАА)

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Несмиян Андрей Юрьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Забродин Виктор Петрович (ФГБОУ ВПО АЧГАА, заведующий кафедрой)

доктор технических наук

Богданович Виталий Петрович

(ГНУ СКНИИМЭСХ Россельхозакадемии,

старший научный сотрудник

отдела механизации полеводства)

Ведущее предприятие: ФГБУ «Кубанская государственная

зональная машиноиспытательная станция» (ФГБУ «Кубанская МИС»), г. Новокубанск

Защита состоится « » \МХХ£(. 2013 г. в <0.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.001.01 при ФГБОУ ВПО «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия».

Адрес: 347740, Ростовская область, г. Зерноград, ул. Ленина 21, АЧГАА.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО АЧГАА.

Автореферат разослан «

_» ОМф^ьЬА, 2013 г.

Ученый секретарь >

диссертационного совета /

доктор технических наук, профессор 'Йи+Ж^**'**^ Н.И. Шабанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Почвенно-климатические условия страны позволяют возделывать широкий спектр сельскохозяйственной продукции, из которого значительную часть занимают пропашные культуры. На 2010 год суммарная площадь посевов этих культур составила 17% всех возделываемых угодий Российской Федерации. Из них около 80% - это посевы подсолнечника и кукурузы.

В силу биологических особенностей при возделывании этих культур большое внимание уделяется равномерности распределения семян в рядках посева, которая значительно зависит от качества их дозирования высевающими аппаратами пропашной сеялки, регламентированного агротребования-ми (не более 2% нулевых и 5% двойных подач). Анализ научных работ показал, что, несмотря на значительную исследованность вопроса, конструкция их некоторых элементов, в том числе и дозирующих, внедряется в производство без научного обоснования, исходя из технологической простоты изготовления или сложившихся традиций. Это сдерживает рост производительности посевных агрегатов (при заданных требованиях к точности высева), что приводит к затягиванию сроков посева и, как следствие, к недобору урожая.

В связи с этим обоснование конструктивных и режимных параметров элементов универсальных пневмовакуумных высевающих аппаратов пропашных сеялок, направленное на обеспечение высокого качества дозирования семян пропашных культур, является актуальной задачей, имеющей важное значение для науки и практики.

Объект исследования - процесс подачи семян подсолнечника и кукурузы высевающим аппаратом пневматической сеялки.

Предмет исследования - закономерности процесса подачи семян подсолнечника и кукурузы дозирующими элементами пневмовакуумного высевающего аппарата.

Научная гипотеза - повышение функциональной эффективности пневмовакуумного высевающего аппарата возможно путем адаптивности процессов захвата, транспортирования и сброса семян различных пропашных культур.

Рабочая гипотеза - оптимизация процессов захвата, транспортирования и сброса семян пропашных культур может быть достигнута путем применения дозирующих элементов с переменной площадью присасывания, образованных пересечением радиальных прорезей высевающего диска и фигурной прорези прокладки вакуумной камеры.

Методика исследования предусматривает применение законов механики, математической статистики, теории вероятности, планирования эксперимента. Исследования проводились в соответствии с действующими стандартами. Применялась фотосъемка, скоростная видеосъемка. Расчеты и обработ-

ка результатов теоретико-экспериментальных исследований выполнялись с использованием ЭВМ.

Научная новизна:

1) Получены зависимости захвата семян круглыми дозирующими элементами с учетом возможной вариабельности площади перекрытия дозирующего элемента семенем, сил инерции, возникающих при работе машинно-тракторного агрегата в полевых условиях, и с использованием аналитически обоснованного значения угла укладки семян в семенной камере работающего высевающего аппарата.

2) Теоретически обоснована эффективность применения в конструкции пневмовакуумного высевающего аппарата радиальных дозирующих элементов с переменной площадью присасывания (адаптивных элементов).

3) Установлены зависимости, определяющие рациональные параметры и режимы работы пневмовакуумного высевающего аппарата с адаптивными дозирующими элементами.

Новизна технических решений защищена патентом Российской Федерации на изобретение № 2415541 «Пневматический высевающий аппарат».

На защиту выносятся следующие научные результаты:

1) Зависимости, описывающие закономерности процесса захвата и выноса семян из семенной камеры работающего пневмовакуумного высевающего аппарата дозирующими элементами с учетом возможной вариабельности площади перекрытия дозирующего элемента семенем, сил инерции, угла укладки семян.

2) Результаты исследований физико-механических свойств семян подсолнечника и кукурузы.

3) Разработанная принципиальная схема пневмовакуумного высевающего аппарата с обоснованием рациональных параметров и режимов работы предложенного аппарата для высева семян подсолнечника и кукурузы.

4) Регрессионная модель, описывающая закономерности формирования единичных подач семян дозирующими элементами высевающего диска.

Практическая значимость работы:

1) Предложено усовершенствование пневмовакуумного высевающего аппарата (патент № 2415541), позволяющее повысить качество посева пропашных культур путем использования адаптивных дозирующих элементов.

2) Разработан компьютеризированный комплекс для определения качества работы пневмовакуумных высевающих аппаратов пропашных сеялок.

3) Получены аналитические зависимости, которые могут быть использованы при разработке и модернизации пневмовакуумных высевающих аппаратов, а также в профильных ВУЗах и СУЗах при обучении студентов.

Реализация работы. Результаты исследований применены в учебном процессе ФГБОУ ВПО АЧГАА, используются в КФХ «Безносово» (с. Жуковское Песчанокопского района Ростовской области), КФХ «ИП Терехов С.Н.» (п. Гигант Сальского района Ростовской области) и УОФХ ФГБОУ ВПО АЧГАА.

Апробация. Основные положения диссертации доложены и одобрены на научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО АЧГАА, ФГБОУ ВПО Курская ГСХА, ФГБОУ ВПО СтГАУ, ФГБОУ ВПО ДонГАУ, ФГБОУ ВПО ДГТУ, отмечены дипломами открытого конкурса Министерства образования и науки 2009 г. (г. Краснодар), Всероссийского конкурса на лучшую научную работу Министерства сельского хозяйства 2011 г. (г. Саратов), открытого конкурса «Инновационное развитие АПК» 2011 г. (г. Зерноград).

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 19 научных работах, из которых 9 - в изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования к науки РФ, 2 - в материалах международных и 5 - всероссийских и межвузовских научно-практических конференций. Получены 2 патента на изобретение.

Объем работы. Работа содержит введение, пять глав, общие выводы, список литературы из 155 наименований и приложения. Диссертация изложена на 169 страницах, содержит 80 рисунков и 30 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулирована ее научная новизна, приведены методы исследования и положения, выносимые на защиту, дано краткое изложение работы.

В первой главе «Состояние современного научно-технического уровня развития средств механизации посева пропашных культур» изложены особенности посева пропашных культур на примере подсолнечника и кукурузы приведен анализ средств механизации посева и обзор их конструктивных особенностей. Кратко рассмотрены зависимости, описывающие процесс точного высева пропашных культур.

Вопросами работы пневмовакуумных высевающих аппаратов занимались П.Я. Лобачевский, Н.М. Беспамятнова, A.A. Бертов, П.А. Бондаренко, В.В. Лукьянец, Б.И. Журавлев, В.П. Чичкин, A.A. Будагов, Ю.М. Черемисин, В.И. Хижняк, А.Ю. Несмиян и др. ученые. В процессе анализа их работ было установлено, что для производственных условий эксплуатации пневмовакуумных высевающих аппаратов представляет интерес использование адаптивных дозирующих элементов с переменной формой и площадью присасывания.

На основе проведенного анализа были сформулированы цель и задачи исследования.

Цель исследования - совершенствование процесса подачи семян пропашных культур пневмовакуумным высевающим аппаратом путем обоснования геометрии дозирующих элементов в зонах захвата и транспортирования семян.

Задачи исследования:

1) Аналитически обосновать рациональную конструкцию адаптивных дозирующих элементов высевающего диска пневмовакуумного высевающего аппарата.

2) Исследовать закономерности процесса захвата и выноса семян адаптивными дозирующими элементами, обосновать их рациональные параметры.

3) Экспериментально оценить влияние параметров предложенных дозирующих элементов и режимов работы пневмовакуумного высевающего аппарата на качество дозирования семян пропашных культур.

4) Подтвердить эффективность использования пневмовакуумного высевающего аппарата с предложенными дозирующими элементами и обосновать экономическую целесообразность его промышленного использования.

Во второй главе «Элементы теории рабочего процесса пневмовакуумного высевающего аппарата» обоснованы закономерности процесса захвата и выноса семян из семенной камеры, дозирования и транспортирования их в надсошниковое пространство; разработаны теоретические предпосылки адаптивности пневмовакуумного аппарата, в которых аргументирована целесообразная конструкция дозирующих элементов.

Вынос семян из семенной камеры происходит благодаря силе трения ^ (рисунок 1) поверхности высевающего диска о присасываемое семя. При этом на семя действуют и силы сопротивления выносу: сила трения прилежащего слоя семян о присасываемую частицу Ртр , сила вертикального дав-

ления вышележащего слоя семян Рв, сила

тяжести mg, сила инерции т—. Условно

¿V

/ обратным знаком. Центробежная сила Рц ~~ в расчетах не учитывается, как пренебрежимо малая.

к силам сопротивления можно отнести и силу подпора семян ворошителем Рпв с

Рисунок 1 - Схема сил, действующих на присасываемое семя в слое семян

Принято считать, что гарантированный вынос семени будет обеспечен, если выполнено условие

F (PB-4fi + Pv)'f т

где F - сила трения поверхности высевающего диска о присасываемое семя, Н;

ER — равнодействующая сил сопротивления выносу, Н;

Рв - сила вертикального давления вышележащего слоя семян, Н;

Р - угол укладки семенного материала, град; Р„р — контактная сила присасывания (направлена по нормали к плоскости высевающего диска, на рисунке 1 не показана), Н; /- коэффициент трения семени о поверхность высевающего диска; Rx, Ry - проекции сил сопротивления выносу семени из семенной камеры на оси X и Y. Контактная сила присасывания

„ я • d2

рпр = КФ—7~'я>н> (2)

где Кф — коэффициент, учитывающий просасывание воздуха; d - диаметр дозирующих отверстий высевающего диска, м; H - разрежение в вакуумной камере, Па.

Проекции сил сопротивления выносу семени из семенной камеры на оси X и Y (рисунок 1) можно представить в виде уравнений (3) и (4):

Rx = Р„ ~Рлд -cosrç + w — + m-g-sineot + PB -sineût, H, (3)

Ry = m- g- cos cot - PnB ■ sin(90 -rj) + PB- coscof, H, (4)

где Ptp - сила трения прилежащего слоя семян о присасываемую частицу, Н;

Рт - сила подпора семян ворошителем, Н;

t] - угол, на который смещается семя под действием ворошителя, град;

dV , г

—— тангенциальное ускорение семени, м/с ;

m - масса семени, кг; g- ускорение свободного падения, м/с2; t — время, с;

cot- угол поворота диска относительно вертикали за время t, град. В подавляющем большинстве расчетов значение угла р, который характеризует соответствие принятой модели сыпучего тела реальной среде, принимается исходя из гипотетических предположений и колеблется в диапазоне от 16 до 45°. В ходе проведения исследований был выполнен эксперимент, который позволил установить, что под воздействием ворошителя пористость слоя семян в семенной камере принимает значение (П=45...50%), соответствующее углу укладки ¡3, приблизительно равному нулю.

Тогда условие захвата и выноса семени из семенной камеры примет вид

/Г

уГ( ^ (5)

\ в—+ + -эта*)2 + (т • g • ссв ая - рт -8111(90-7) + ^ -со %ая)2

Контактную силу присасывания Рпр принято считать пропорциональной площади дозирующего элемента. Однако такая картина наблюдается только в случае полного перекрытия дозирующего элемента семенем.

Исследования работы пневмовакуумного высевающего аппарата с круглыми дозирующими элементами показали, что семя, захваченное дозирующим элементом при движении в семенной камере, раздвигает слой семян, прилегающий к высевающему диску. После прохождения этого дозирующего элемента слой семян смыкается таким образом, что точки контактов семян лежат на траектории движения дозирующих элементов. Из-за отсутствия семенного материала на траектории движения следующего дозирующего элемента семена не полностью перекрывают его и площадь перекрытия 5С (рисунок 2) чаще всего не равна площади дозирующего элемента, поэтому контактную силу присасывания упрощенно можно рассчитывать, исходя из выражения

Рпр=кф-Бс-Н, Н, (6)

где 5С — площадь перекрытия дозирующего элемента семенем, м2.

Рисунок 2 - Возможное расположение семян относительно дозирующего элемента

Кроме того, при движении сеялки по полю на семена будут действовать

силы инерции РИН1, РИН2, РШ1, обусловленные изменением микро-, мезо- и макрорельефов поля.

Рит СО = т ■ 4 • v? - eos(í • v,), Н, (7)

где Рцт(0 — сила инерции, обусловленная влиянием i-ro рельефа почвы, Н; т — масса семени, кг;

A¡ — амплитуда колебаний на i-ом рельефе, м; v, - частота колебаний на i-ом рельефе, Гц.

В расчетах рассмотрим наихудший вариант, когда все три силы инерции сонаправлены и противодействуют выносу семени из семенной камеры. Тогда уравнения (3) и (4), с учетом динамики процесса, примут вид: dV

Rx(t) = т-(t) - Рпв (!) ■ eos7/ + т • g ■ sin cot + Рв(t) ■ sin cot + Ринх (f) ■ sin cot +

+ ринг (0 • sin cot + Ршз (i) • sin cot, H, (8)

Ry{t) = m-g- cos cot - Pm (t) ■ sin(90 -t]) + PB (?) • cos cot + Рит (t) ■ cos cot +

+ рии.2(0 ■cosCJt + рин3(0 ■ cosш - PK , H. (9)

Соответственно условие гарантированного захвата и выноса семян из семенной камеры примет вид

K<p-Sc-H>^Rx2(t) + Ry2(t). (10)

Соотношение (10) в графическом виде при величине разрежения в вакуумной камере для подсолнечника 4 кПа, для кукурузы - 5 кПа и угловой скорости вращения высевающего диска со=6,4 рад/с представлено на рисунке 3.

0,02

F^t),

р2(0, 0,015

F4(t), 0,01

F6(t), 0,005 Rj(t), Н

\ •V

г---

0,03

0,02

0,15 0,2 t, с а)

0,01

ч ч-.............

--- -ч- ----

0,15 0,2 t, с б)

Р; - сила трения поверхности высевающего диска о присасываемое семя для случаев, когда семя перекрывает 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0 диаметра дозирующего элемента, Н; 11(1) - равнодействующая сил сопротивления выносу при ю=6,4 рад/с; I - время, с

Рисунок 3 - График расчетного соотношения сил трения поверхности серийного высевающего диска о присасываемое семя и равнодействующей сил сопротивления при дозировании семян подсолнечника (а) и кукурузы (б)

Анализ данных рисунка 3 позволяет сделать вывод, что при высоких скоростях посева в серийном высевающем аппарате и при высеве подсолнечника, и при высеве кукурузы возможно возникновение ситуации, способствующей появлению нулевых подач дозирующими элементами.

Для устранения этого явления предлагается изготавливать дозирующие элементы в виде радиальных прорезей, что позволит обеспечить гарантированное попадание хотя бы одного семени на траекторию движения дозирующего элемента (рисунок 4).

Рисунок 4 - Схема расположения семян у дозирующего элемента предлагаемого высевающего диска

Исходя из предложенной конструкции дозирующего элемента, была получена зависимость, примерно устанавливающая взаимосвязь площади перекрытия дозирующего элемента семенем ^ с его шириной:

,э/2

/у

Траектория движения дозирующих элементов

(И)

где tэ - ширина радиально расположенного дозирующего элемента, м;

Ъ - средняя ширина высеваемых семян, м.

Математически установлено, что минимальная ширина дозирующего элемента для посева подсолнечника должна составлять около 2 мм, для кукурузы - около 3 мм.

С учетом полученных данных, графически было представлено неравенство (10) для случая дозирования усовершенствованным пневмовакуумным высевающим аппаратом семян подсолнечника сорта «Лакомка» и кукурузы «РИК340МВ» при величине разрежения в вакуумной камере для подсолнечника 4 кПа, для кукурузы - 5 кПа и угловой скорости вращения высевающего диска ю=6,4 рад/с (рисунок 5).

0,025 0,02 Ш), 0,015

0,01 о

\ •ч, 1

0,04 0,035

0,03

0,025

\ \ \

0,15

0,2

1,с а)

0,15 0,2 1,с б)

Рисунок 5 — График расчетного соотношения сил трения поверхности предлагаемого высевающего диска о присасываемое семя и равнодействующей сил сопротивления при дозировании семян подсолнечника (а) и кукурузы (б)

Таким образом, можно сделать вывод, что в предлагаемом пневмовакуумном высевающем аппарате достигается устойчивое значение отношения

сил, что обеспечивает гарантированное присасывание семян к дозирующим элементам.

С учетом условия незападания семени в дозирующий элемент

/э =(0,5-0,7)-с, та, (12)

где с - минимальная толщина высеваемых семян, м, было установлено, что радиально расположенные дозирующие элементы шириной 2,5 мм будут являться адаптивными, позволяющими высевать семена подсолнечника и кукурузы с обеспечением высокого качества работы аппарата.

Для уменьшения вероятности образования двойных и тройных подач радиальными дозирующими элементами в работе предложено ширину прорези в прокладке вакуумной камеры выполнить переменной, имеющей наибольшую ширину I в нижней части семенной камеры (рисунок 6).

Затем она уменьшается по ходу вращения высевающего диска до окончания зоны начала воздействия на посевной материал сбрасывателя лишних семян, принимая значение

^т2 -ё2 +Р,2 +2-т-ё-Рц -созй* И = л- -,м. (13)

КФ-*э н•/

Это позволит «облегчить» работу сбрасывателя, так как за счет сужения зоны присасывания семян с I до к часть «лишних» семян будет отделяться от дозирующих элементов под действием силы тяжести. Кроме того, за счет уменьшения их площади можно будет добиться снижения расхода воздуха через них.

С учетом коэффициента запаса в работе принимаем ширину щели й=3 мм.

Аналитически установлено, что в высевающем диске серийного пневмовакуумного высевающего аппарата площадь дозирующего элемента, незакрытая сбрасывателем лишних семян, изменяется косинусоидально в зависимости от степени перекрытия. В предложенном дозирующем элементе, образованном пересечением радиальных прорезей в высевающем диске с прорезью прокладки вакуумной камеры (рисунок 6), эта площадь изменяется линейно.

Рисунок 6 - Предлагаемые высевающий диск и прокладка вакуумной камеры

Площадь незакрытой части дозирующего элемента серийного пневмовакуумного высевающего аппарата может быть определена из выражения

Г I--

$с,=л-г2- \2-р-г-сдэ -СДЭ^СДЭ,ММ1, (14)

где г - радиус дозирующего элемента, мм; сдЭ - линейное перекрытие дозирующего элемента сбрасывателем лишних семян, мм.

В предложенном пневмовакуумном высевающем аппарате аналогичный показатель определяется

Вс,=*э-0,-сдэЛмм2, (15)

где 11 - начальный радиальный размер дозирующего элемента, мм.

Совместный анализ выражений (14) и (15) показывает, что при рекомендуемых настройках сбрасывателя (сдЭ=т) предложенная конструкция дозирующего элемента позволит увеличить плавность регулировки сбрасывателя лишних семян примерно в 1,2 раза, что, в свою очередь, уменьшает время проведения этой операции и повышает качество работы пневмовакуумного высевающего аппарата.

К одной из составляющих динамики высева также относится этап отрыва семян от высевающего диска. Равномерность распределения семян в борозде в значительной степени зависит от угла 8, на который проворачивается семя до полного его выхода из дозирующего элемента (рисунок 7).

Расчеты показали, что значения этого угла при дозировании семян подсолнечника и кукурузы высевающим аппаратом с круглыми дозирующими элементами в среднем в 1,12 раза больше, чем у предлагаемого.

Рисунок 7 — Схема выхода семени из дозирующего элемента

Таким образом, предложенная конструкция дозирующих элементов позволяет повысить эффективность работы пневмовакуумного высевающего аппарата на этапах захвата и выноса семян из семенной камеры, удаления «лишних» семян, транспортирования и схода в сошниковое пространство, и, как следствие, обеспечить более равномерное распределение семян в борозде.

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований процесса высева семян подсолнечника и кукурузы серийным и предлагаемым пневмовакуумными аппаратами» сформулированы задачи проведенных опытов, изложено описание лабораторного стенда и вспомогательного оборудования.

Программой исследований предусмотрено: изучение физико-механических свойств семян подсолнечника и кукурузы; определение начала зоны захвата семян дозирующими элементами; разработка универсального ком-

пьютеризированного комплекса для исследования пневмовакуумных высевающих аппаратов; разработка и изготовление экспериментальных высевающих дисков и прокладок вакуумной камеры; исследование характеристик подачи семян подсолнечника и кукурузы пневмовакуумными высевающими аппаратами с адаптивными дозирующими элементами; определение рациональных параметров предложенного пневмовакуумного высевающего аппарата и режимов его работы методом планированного эксперимента при уровнях варьирования факторов, представленных в таблице.

Уровни варьирования факторов

Наименование фактора Обозначение Интервал варьирования Уровни факторов

- 0 +

Разрежение (Н, кПа) XI 0,5 3,5* 4,0** 4,0* 4,5** 4,5* 5,0**

Ширина прорези в прокладке вакуумной камеры в средней части рабочей кромки сбрасывателя лишних семян (И, мм) Х2 1 5,0 6,0 7,0

Ширина дозирующего элемента мм) хз 0,5 2,0 2,5 3,0

* подсолнечник * * кукуруза

Кроме того, проводились сравнительные испытания в лабораторных и полевых условиях посевных агрегатов с серийными и адаптивными дозирующими элементами пневмовакуумных высевающих аппаратов.

В ходе опытов было установлено, что размеры семян подсолнечника «Лакомка» изменяются в диапазонах: длина Х=6,92...16,73 мм, ширина У=4,04...9,64 мм, толщина г=2,68...5,90 мм; кукурузы «РИК340МВ»: Х=7,77...13,00 мм, У=5,81...13,20 мм, г=4,00.. .6,82 мм. Средние квадратиче-ские отклонения размеров семян для подсолнечника: ох=1,45 мм, Оу=0,84 мм, а2=0,47 мм; для кукурузы: стх=0,86 мм, ау=0,78 мм, ст2=0,35 мм.

Между длиной-шириной и длиной-толщиной семян кукурузы существует частичная обратная корреляция - коэффициенты корреляции Яху, Ида отрицательны. Остальные коэффициенты корреляции для подсолнечника и кукурузы положительны, что говорит о наличии прямой корреляции.

Масса 1000 семян подсолнечника «Лакомка» - 98,5 г, абсолютная масса - 92,8 г, объемная масса - 0,365 кг/л. Масса 1000 семян кукурузы

«РИК340МВ» - 371,3 г, абсолютная масса - 331,0 г, объемная масса - 0,75 кг/л.

Коэффициенты трения движения подсолнечника: сталь листовая неокрашенная - 0,43; алюминий неокрашенный - 0,4; стеклотекстолит - 0,4. Соответствующие коэффициенты трения движения кукурузы: 0,33; 0,23; 0,45.

Коэффициенты трения покоя подсолнечника: сталь листовая неокрашенная - 0,48; алюминий неокрашенный - 0,43; стеклотекстолит - 0,51. Соответствующие коэффициенты трения покоя кукурузы: 0,45; 0,44; 0,47. Угол естественного откоса подсолнечника 37°, кукурузы - 21°.

Скорость витания семян подсолнечника -11,1 м/с, коэффициент парусности - 0,08 м"1. Скорость витания кукурузы - 6,8 м/с, коэффициент парусности-0,21 м'1.

Сравнительная оценка функционирования рассматриваемых пневмовакуумных высевающих аппаратов в лабораторных условиях позволяет сделать вывод о том, что частость единичной подачи семян предлагаемым аппаратом выше, чем у серийного в 1,03 раза и 1,02 раза при высеве подсолнечника и кукурузы соответственно. При этом он обеспечивает снижение коэффициента вариации подачи семян с 22,2 до 13,9% при высеве подсолнечника и с 20,1 до 16,2% при высеве кукурузы.

Опыты показали, что количество травмированных семян и серийным и предлагаемым пневмовакуумными высевающими аппаратами превышает установленное агротребованиями. Однако на всхожести семян это не сказалось. Более того, эксперименты показали, что всхожесть поврежденных семян была в среднем на 10% выше, чем у неповрежденных. По всей видимости, это связано с возникающим эффектом скарификации - в поврежденных семенах меньше энергии затрачивается на разрушение оболочки.

В лабораторных условиях было установлено, что предложенная конструкция дозирующих элементов пневмовакуумного высевающего аппарата обеспечивает при частоте вращения высевающего диска 1,0 с"1 повышение подачи семян по сравнению с серийным с 0,91 до 0,94 для подсолнечника и с 0,83 до 0,95 для кукурузы.

Кроме того, путем высева семян в ячеистый короб в лабораторных условиях установлено, что предложенная конструкция высевающего аппарата позволяет снизить неравномерность распределения семян при их отделении от дозирующего элемента в 1,14 и 1,41 раза при дозировании семян подсолнечника и кукурузы в продольном направлении по длине условного рядка и в 1,46 и 1,73 раза в поперечном.

По результатам факторного эксперимента в соответствии с матрицей ортогонального плана второго порядка была построена адекватная математическая модель в виде уравнений регрессии, устанавливающая зависимость

параметра оптимизации - частости единичной подачи семян (Y) подсолнечника и кукурузы от разрежения в вакуумной камере (Xj) высевающего аппарата, размера дозирующих элементов высевающего диска (Х2) и ширины прорези в прокладке вакуумной камеры (Хз). Зависимости параметра оптимизации от каждой пары факторов представлены уравнениями (16) и (17), а также графиками в виде изолиний (сечений поверхности отклика) приведенными на рисунках 8 и 9.

Yrcó = -0,03 ■ Н2 + 0,012 ■ h2 + 0,108 -t23 -0,02 ■ Н ■ h- 0,13 ■ Н + 0,219 -h + 0,52-1-1,172 ,(16) Y^ = -0,049-h2-0,096-tl-0,12-H-t-0,71 ■ H - 0,562 -h + 0,122 -t - 5,286 . (17)

Рисунок 8 - Изолинии единичной подачи семян подсолнечника

Рисунок 9 - Изолинии единичной подачи семян кукурузы

Анализ рисунков 8 и 9, а также совместное решение уравнений (16) и (17) показывают, что при ширине дозирующих элементов Г;г=2,5 мм и ширине щели вакуумной камеры в зоне расположения средней части сбрасывателя лишних семян к~6 мм достигается адаптивность предлагаемого пневмовакуумного высевающего аппарата для высева двух культур: подсолнечника и кукурузы. При высеве подсолнечника значение разрежения в вакуумной камере необходимо снижать (#<4 кПа), а при высеве кукурузы - увеличивать (Н>4,5 кПа).

Проверка в полевых условиях позволяет утверждать, что предлагаемый пневмовакуумный высевающий аппарат при скорости посева около 13 км/ч уменьшает неравномерность распределения растений в рядке почти в 1,5 раза по сравнению с серийным и максимально приближает распределение семян к требуемому в соответствии с технологией возделывания культуры.

Экспериментальные данные позволили подтвердить теоретические предпосылки с достоверностью 95%, что проверено с использованием критерия согласия х2 К. Пирсона (х2=0,872, ["/2]=5,991).

В пятой главе «Технико-экономическое обоснование эффективности предлагаемого пневмовакуумного высевающего аппарата» приведен расчет затрат на усовершенствование сеялки, эксплуатационных затрат при использовании серийной и усовершенствованной машин. Расчеты экономической эффективности показали, что внедрение в производство предложенной пропашной сеялки обеспечивает снижение степени эксплуатационных затрат на 6,1% и увеличение производительности посевного агрегата в 1,07 раза. Кроме того, посев подсолнечника модернизированными сеялками в хозяйствах области позволил добиться повышения урожайности на 3...7% при средней урожайности на контроле 12... 15 ц/га.

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Существующие пневмовакуумные аппараты не обеспечивают качественного дозирования семян пропашных культур (не более 2% нулевых и 5% двойных подач) при скорости движения посевного агрегата более 10-12 км/ч. Одной из основных причин низкого качества их работы является отсутствие гарантированного захвата семян в семенной камере, так как форма дозирующих элементов подавляющего большинства высевающих аппаратов внедрена в производство без научного обоснования, исходя из технологической простоты изготовления или сложившихся традиций. Таким образом, перспективным направлением повышения качества работы пневмовакуумных аппаратов является совершенствование конструкции их дозирующих элементов.

2. Получены аналитические зависимости, описывающие процесс захвата семян круглыми дозирующими элементами с учетом возможной вариабельности площади контакта семени с дозирующим элементом и сил инерции, возникающих при работе машинно-тракторного агрегата в полевых условиях, которые показали, что применение высевающих дисков с дозирующими элементами круглой формы не позволяет обеспечить гарантированного выноса семян из семенной камеры. В связи с этим предложена принципиальная схема пневмовакуумного высевающего аппарата с адаптивными дозирующими элементами переменной площади присасывания, позволяющими обеспечить гарантированную минимально необходимую для захвата площадь перекрытия дозирующего элемента семенем.

3. В предложенной конструкции пневмовакуумного высевающего аппарата роль адаптивных дозирующих элементов выполняют щели, образованные пересечением радиальных прорезей на высевающем диске и фигурной прорези в прокладке вакуумной камеры. При этом аналитически установлено, что прорези в высевающем диске должны изготавливаться длиной, равной расстоянию от кромки высевающего диска до стенки семенной камеры и шириной 2 мм для подсолнечника и 3 мм для кукурузы, а прорезь прокладки вакуумной камеры должна иметь максимальную ширину в зоне семенной камеры и плавно уменьшаться в направлении вращения высевающего диска, принимая значение А=3 мм за зоной сбрасывателя лишних семян. Далее ширина вакуумной камеры остается неизменной.

4. Обоснована перспективность использования подобной конструкции дозирующих элементов на всех основных этапах технологического процесса пневмовакуумного высевающего аппарата. Экспериментально установлено, что при частоте вращения высевающего диска п=0,7 с"1 (соответствует рабочей скорости сеялки Ур=9 км/ч) рациональными параметрами высевающего аппарата с адаптивными дозирующими элементами, позволяющими без замены диска высевать семена и кукурузы и подсолнечника, являются: ширина дозирующего элемента гэ=2,5 мм, ширина щели вакуумной камеры в зоне расположения средней части сбрасывателя лишних семян к=6 мм. При высеве подсолнечника разрежение в вакуумной камере необходимо снижать до Н<4 кПа, при высеве кукурузы - увеличивать до Н>4,5 кПа.

5. Лабораторные эксперименты показали, что предлагаемый пневмовакуумный аппарат позволяет повысить единичную подачу семян (при допустимой частости нулевых подач 2%) в 1,03 и 1,02 раза при высеве подсолнечника и кукурузы соответственно. При этом у предложенного аппарата коэффициент вариации подачи семян оказался в 1,60 раза при высеве подсолнечника ив 1,24 раза при высеве кукурузы меньше, чем у серийного пневмовакуумного высевающего аппарата.

Также опытным путем было установлено, что применение предлагаемого пневмовакуумного высевающего аппарата позволит повысить равномерность подачи семян в борозду в среднем на 12...29% по длине условного рядка и на 30.. .40% по ширине.

В лабораторных условиях было установлено, что предлагаемые дозирующие элементы при скорости посева около 14 км/ч обеспечивают повышение подачи семян по сравнению с серийными с 0,91 до 0,94 для подсолнечника и с 0,83 до 0,95 для кукурузы.

6. Предложенная разработка позволяет адаптировать серийный пневмовакуумный высевающий аппарат под посев двух культур. За счет снижения материалоемкости, увеличения скорости движения агрегата и коэффициента использования времени смены чистый дисконтированный доход в результате применения разработки составляет 67243,3 руб., при затратах на усовершенствование сеялки - 3459,6 руб. При этом проверка предложенных высевающих аппаратов в полевых условиях показала, что за счет повышения равномерности распределения семян подсолнечника в рядках посева, прибавка урожая составила 3...7% по сравнению с посевами, проведенными аналогичной сеялкой с серийными высевающими аппаратами.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

а) в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Должиков, В.В. Совершенствование дозирующих элементов пропашной сеялки вакуумного типа / А.Ю. Несмиян, В.В. Должиков, A.B. Асатурян // Вестник АГАУ. - Изд-во Алтайский ГАУ, 2011. - № 6 (80). - С. 91-94.

2. Должиков, В.В. Повышение скорости машинно-тракторного агрегата на посеве пропашных культур / А.Ю. Несмиян, В.В. Должиков, A.B. Яковец // Вестник ОГАУ.

- Изд-во Орел ГАУ, 2011. - № 4 (31). - С. 61-63.

3. Повышение качества дозирования семян подсолнечника пневматическим высевающим аппаратом / А.Ю. Несмиян, A.B. Яковец, В.В. Должиков, Д.Е. Шаповалов // Вестник БГСХА им. В.Р. Филиппова. - Изд-во Бурятская ГСХА им. В.Р. Филиппова, 2011.-№4(25).-С. 60-65.

4. Должиков, В.В. К вопросу повышения скорости посева пропашных культур / В.В. Должиков // Вестник БГАУ. - Изд-во ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ, 2011.

— № 3 (19). - С. 48-53.

5. Должиков, В.В. Модернизация пневматического высевающего аппарата как фактор повышения скорости посева пропашных культур / В.В. Должиков // Вестник ДГТУ. -Т. 11.- Издательский центр Донской ГТУ, 2011. - № 7 (58). - С. 1059-1063.

6. Должиков, В.В. Теория работы высевающего аппарата пропашной сеялки вакуумного типа / А.Ю. Несмиян, В.В. Должиков, A.B. Яковец // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - Изд-во Белгородский ГТУ им. В.Г. Шухова, 2012. - № 2. - С. 72-74.

7. Должиков, В.В. Модернизация вакуумного высевающего аппарата и ее влияние на разрежение в пневмосистеме пропашной сеялки / А.Ю. Несмиян, В.В. Должиков, A.B. Асатурян // АГРО XXI. - ООО «Изд-во Агрорус», 2012. - № 4-6. - С. 43-44.

8. Влияние физико-механических свойств семян пропашных культур на качество работы пневматического высевающего аппарата / А.Ю. Несмиян, A.B. Яковец, В.В. Должиков, С .А. Ашитко // АГРО XXI. - ООО «Изд-во Агрорус», 2012. - № 4-6. -С. 44-45.

9. Должиков, В.В. Рациональная эксплуатация пневмовакуумных сеялок / В.В. Должиков /У Аграрная наука. - Изд-во «Аграрная наука», 2012. - № 12. - С. 94-98.

б) в сборниках научных трудов:

10. Должиков, В.В. К вопросу захвата семян присасывающими отверстиями высевающего диска аппарата пропашной сеялки / А.Ю. Несмиян, В.В. Должиков, В.А. Радчен-ко // Совершенствование технических средств в растениеводстве. - Зерноград, 2010. -С. 107-109.

11. Должиков, В.В. Определение влияния частоты вращения высевающего диска на работу сбрасывателя лишних семян / А.Ю. Несмиян, В.В. Должиков, В.А. Радченко // Совершенствование технических средств в растениеводстве. - Зерноград, 2010. - С. 109-112.

12. Должиков, В.В. Совершенствование процесса распределения семян в рядке при посеве / А.Ю. Несмиян, В.В. Должиков // Наука и инновации в сельском хозяйстве: материалы международной научно-практической конференции, 26-28 января 2011 г., г. Курск, часть 1 . - Изд-во Курская ГСХА, 2011. - С. 273-278.

13. Должиков, В.В. К вопросу дозирования семян вакуумными высевающими аппаратами / А.Ю. Несмиян, В.В. Должиков // Агропромышленная газета юга России. - ООО «Издательский дом «Современные технологии», 2011. - № 5-6 (234—235). - С. 14.

14. Должиков, В.В. Повышение эффективности использования пропашных сеялок путем разработки универсальных дозирующих элементов высевающих аппаратов / В.В. Должиков // Сборник научных трудов по материалам 3 тура Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Министерства сельского хозяйства России. - Изд-во «КУБиК», 2011.-С. 25-28.

15. Должиков, В.В. Теоретическое обоснование конструкции универсального дозирующего элемента высевающего аппарата вакуумной пропашной сеялки / А.Ю. Несмиян, В.В. Должиков // Вестник аграрной науки Дона. - Зерноград, 2011. - № 2 (14). - С. 48-52.

16. Должиков, В.В. Технологические свойства некоторых пропашных культур / А.Ю. Несмиян, В.В. Должиков // Актуальные проблемы научно-технического прогресса в АПК. 6-ая Международная научно-практическая конференция в рамках 8-ой Международной агропромышленной выставки «Агроуниверсал-2011» (г. Ставрополь, 18-20 марта 2011 г.). - ФГБОУ ВПО Ставропольский ГАУ, 2011. - С. 71-76.

17. Должиков, В.В. К вопросу о травмировании семян дозирующими элементами вакуумного высевающего аппарата пропашной сеялки / А.Ю. Несмиян, В.В. Должиков // Научное наследие профессора В.А. Алабушева в современных агротехнологиях: материалы юбилейной международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию заслуженного деятеля науки России, доктора с.-х. наук, профессора Василия Андреевича Алабушева 17-18 февраля 2011 г. - ФГОУ ВПО Донской ГАУ, 2011. - С. 91-96.

18. Должиков, В.В. Повышение равномерности формирования однозернового потока семян пневматическим высевающим аппаратом / А.Ю. Несмиян, В.В. Должиков // Совершенствование технических средств в растениеводстве. - Зерноград, 2012. - С. 89-94.

19. Должиков, В.В. Влияние дозирующих элементов высевающих аппаратов пропашных сеялок на всхожесть семян / А.Ю. Несмиян, В.В. Должиков // Совершенствование технических средств в растениеводстве. - Зерноград, 2012. - С. 94-98.

в) в патентах РФ на изобретения:

20. С 24155411ША 01 С7/04. Пневматический высевающий аппарат / П.Я. Лобачевский, А.Ю. Несмиян, В.И. Хижняк, В.В. Должиков (Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия). - № 2009113177/21; Заявл. 08.04.2009 // Изобретения. - 2010. - № 29.

21. С 2420942R.UA 01 С7/04. Пневмовакуумный высевающий аппарат / П.Я. Лобачевский, А.В. Яковец, А.Ю. Несмиян, В.И. Хижняк, В.В. Должиков (Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия). - № 2009143251/21; Заявл. 23.11.2009 // Изобретения. - 2011. - № 17.

ЛР 65-13 от 15.02.99. Подписано в печать 12.04.2013 г. Формат 60x84/16. Уч.-изд. л. 1,1. Тираж 100 экз. Заказ № 138. Редакционно-издательский отдел ФГБОУ ВПО АЧГАА 347740, г. Зерноград, ул. Советская, 15.

Текст работы Должиков, Валерий Викторович, диссертация по теме Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия»

Должиков Валерий Викторович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОДАЧИ СЕМЯН ПРОПАШНЫХ КУЛЬТУР ПНЕВМОВАКУУМНЫМ АППАРАТОМ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского

хозяйства

Диссертация

на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель -кандидат технических наук, доцент А.Ю. НЕСМИЯН

Зерноград - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. СОСТОЯНИЕ СОВРЕМЕННОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО

УРОВНЯ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ МЕХАНИЗАЦИИ ПОСЕВА

ПРОПАШНЫХ КУЛЬТУР 12

1.1 Особенности посева в технологиях возделывания пропашных культур 12

1.2 Средства механизации посева пропашных культур 17

1.3 Краткий обзор высевающих аппаратов пропашных сеялок и способы повышения эффективности их рабочего процесса 24

1.4 Анализ научных работ по исследованию процесса одноштуч-ной подачи семян пневмовакуумными высевающими аппаратами пропашных сеялок 35

1.5 Задачи исследований 51

2. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ПНЕВМОВАКУУМНОГО ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА 52

2.1 Присасывание и вынос семян дозирующими элементами высевающего диска из семенной камеры 52

2.2 Удаление лишних семян 70

2.3 Транспортирование семян дозирующими элементами высевающего диска 74

2.4 Сход семян с высевающего диска в сошниковое пространство 76

2.5 Оценка расхода воздуха предлагаемым пневмовакуумным высевающим аппаратом 78

2.6 Выводы 79

3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРО- 81

ЦЕССА ВЫСЕВА СЕМЯН ПОДСОЛНЕЧНИКА И КУКУРУЗЫ СЕРИЙНЫМ И ПРЕДЛАГАЕМЫМ ПНЕВМОВАКУУМНЫМИ АППАРАТАМИ

3.1 Задачи экспериментальных исследований 81

3.2 Программа экспериментальных исследований 82

3.3 Оборудование и приборы для проведения исследований 83

3.4 Методика проведения лабораторных исследований 90

3.5 Апробация предлагаемого пневмовакуумного высевающего аппарата в полевых условиях 103

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 105 ПРОЦЕССА ВЫСЕВА СЕМЯН ПОДСОЛНЕЧНИКА И КУКУРУЗЫ СЕРИЙНЫМ И ПРЕДЛАГАЕМЫМ ПНЕВМОВАКУУМНЫМИ АППАРАТАМИ

4.1 Технологические свойства семян подсолнечника и кукурузы 105

4.2 Лабораторные исследования работы пневмовакуумного высевающего аппарата при высеве подсолнечника и кукурузы 122

4.3 Результаты апробации предлагаемого пневмовакуумного высевающего аппарата в полевых условиях 130

4.4 Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований 131

4.5 Выводы 132 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДЛАГАЕМОГО ПНЕВМОВАКУУМНОГО ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА 13 7

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 151

ЛИТЕРАТУРА 154

ПРИЛОЖЕНИЯ 169

ВВЕДЕНИЕ

Россия - самое крупное государство на земном шаре. Его площадь равна 17,1 млн. км2, что составляет около 1/6 части суши мира (без Антарктиды и Гренландии). Наша страна по территории больше в 2,2 раза, чем материк Австралия, на 0,7 млн. км2 больше, чем материк Южная Америка. Ее огромные размеры определяют такое разнообразие природных ресурсов, которого не имеет ни одна страна мира. Россия располагает крупными запасами важнейших природных ресурсов: сельскохозяйственных земель, пресной воды, древесины, полезных ископаемых, это создает благоприятные условия для развития народного хозяйства /1/.

По размерам земельных ресурсов (около 137 млн. га) Россия занимает первое место в мире. Их эффективное использование оказывает значительное влияние на такой макроэкономический показатель как валовой внутренний продукт государства.

Весомым «потребителем» земельного фонда является сельское хозяйство, основная задача которого - получение стабильных высоких урожаев сельскохозяйственных культур. Одним из основных способов решения этой задачи является качественное выполнение технологических операций, в том числе посева.

Почвенно-климатические условия страны позволяют возделывать широкий спектр сельскохозяйственной продукции, в котором огромную часть занимают пропашные культуры. На 2010 г. суммарная площадь посевов этих культур составила 17% всех возделываемых угодий Российской Федерации. Из них около 80% - это посевы подсолнечника и кукурузы.

Появление подсолнечника в России отечественные авторы относят ко второй половине 18 столетия /2, 3, 4/.

Основное применение масличного подсолнечника - получение подсолнечного масла, которое затем употребляется для приготовления пищи и для технических нужд. Гидрогенизацией подсолнечного масла получают маргарин. Масло также используется в лакокрасочной и мыловаренной промышленности. В

некоторых странах отработанное кулинарное масло используют в качестве добавки к моторному топливу.

Отходы производства подсолнечного масла (жмых и шрот) используются как высокобелковый корм для скота.

В семенах подсолнечника содержится много витаминов РР и Е, а также полиненасыщенные жирные кислоты (особенно линолевая), фосфолипиды, лецитин, растительные воски и т. п.

Подсолнечник - важное медоносное растение. Мёд из нектара цветущего подсолнечника золотисто-желтого цвета, обладает слабым ароматом и несколько терпким вкусом. Кристаллизуется мелкими зернами и становится светло-янтарным.

Менее известно, что подсолнечник является каучуконосным растением. В последнее время селекционированы сорта, выделяющие латекс из надрезов стебля в значительных количествах. Резины, произведённые на его основе, отличаются гипоаллергенностью по сравнению с натуральным и синтетическими каучуками. Лузга подсолнечника используется для производства биотоплива — топливных брикетов /5,6/.

Потребность в производстве подсолнечника с каждым годом увеличивается. С 1992 по 2009 г. в Российской Федерации площадь посевов подсолнечника возросла на 3307 тыс. га и составила 6196 тыс. га /7, 8/.

Второй по популярности пропашной культурой, после подсолнечника в нашей стране, является кукуруза.

Кукуруза - одна из основных культур современного мирового земледелия. Это растение характеризуется разносторонним использованием и высокой урожайностью. На продовольствие в странах мира используют около 20% зерна кукурузы, на технические цели - около 15% и примерно две трети - на корм. В зерне содержатся углеводы (65...70%), белок (9... 12%), жир (4...8%), минеральные соли и витамины /9, 10/.

В мировом зерновом балансе кукуруза занимает третье место (после пшеницы и риса) и возделывается в основном как зерновая культура /11, 12/.

Кроме того, кукуруза широко используется в различных отраслях промышленности и в продовольственных целях. Из зерна получают муку, крупу, хлопья, консервы (сахарная кукуруза), крахмал, этиловый спирт, декстрин, витамин Е, аскорбиновую и глутаминовую кислоты. Из стеблей, листьев и стержней початков вырабатывают бумагу, линолеум, вискозу, активированный уголь, искусственную пробку, пластмассу и пр.

В последнее десятилетие с попытками восстановления и развития животноводства потребность в производстве кукурузы возросла в 1,7 раза (с 810 тыс. га в 1992 г. до 1365 тыс. га в 2009 г.) /7, 8/.

В силу биологических особенностей кукурузы и подсолнечника большое внимание уделяется точности высева не только с точки зрения равномерности заделки семян этих культур по глубине, но и равномерности их распределения по площади питания. Точности распределения семян по площади посева добиваются за счет поштучного или группового дозирования семян высевающими аппаратами.

Точный посев семян с заданными интервалами позволяет сократить затраты труда на формирование густоты насаждений и обеспечить оптимальные условия для развития растений.

Анализ источников информации показал, что потребный парк пропашных сеялок в Российской Федерации, исходя из нормативной загрузки, составляет 110 тыс. шт. (кукурузных при ширине захвата 5,4...5,6 м). Учитывая срок службы посевных машин 5...8 лет, для России необходимо производить 17 тысяч кукурузных сеялок в год. Базовые заводы, способные обеспечить нормативную потребность на 30...40%, производят их в год не более 3... 4 тыс. шт. Такая ситуация образовалась в результате того, что основные мощности по производству сеялок остались за пределами России (Украина, Белоруссия, Казахстан), а их производство сократилось в десятки раз /13/.

Эта ситуация привела к возрастанию нагрузки на имеющийся парк пропашных сеялок в 2...3 раза, затягиванию агросроков посева в 1,7...2,2 раза /13/

и, как следствие, увеличению скорости движения машинно-тракторного агрегата по полю, что отрицательно сказывается на качестве посева.

Точность размещения семян в рядке в значительной степени зависит от качества их дозирования высевающими аппаратами пропашной сеялки.

Анализ научных работ показал, что, несмотря на значительную исследо-ванность вопроса, некоторые конструктивные элементы таких пневмовакуумных высевающих аппаратов внедряются в производство без серьезного обоснования, исходя из технологической простоты или сложившихся традиций /14, 15/.

Объект исследования. Процесс подачи семян подсолнечника и кукурузы высевающим аппаратом пневматической сеялки.

Предмет исследования. Закономерности процесса подачи семян подсолнечника и кукурузы дозирующими элементами пневмовакуумного высевающего аппарата.

Научная гипотеза. Повышение функциональной эффективности пневмовакуумного высевающего аппарата возможно путем адаптивности процессов захвата, транспортирования и сброса семян различных пропашных культур.

Рабочая гипотеза. Оптимизация процессов захвата, транспортирования и сброса семян пропашных культур может быть достигнута путем применения дозирующих элементов с переменной площадью присасывания, образованных пересечением радиальных прорезей высевающего диска и фигурной прорези прокладки вакуумной камеры.

менялась фотосъемка, скоростная видеосъемка. Расчеты и обработка результатов теоретико-экспериментальных исследований выполнялись с использованием ЭВМ.

Диссертация включает содержание, введение и 5 глав общим объемом 150 с.

В первой главе диссертации «Состояние современного научно-технического уровня развития средств механизации посева пропашных культур» изложены особенности посева пропашных культур на примере подсолнечника и кукурузы. Приведен анализ средств механизации посева и обзор их конструктивных особенностей.

На основе проведенного анализа была сформулирована цель исследования: совершенствование процесса подачи семян пропашных культур пневмовакуумным высевающим аппаратом путем обоснования геометрии дозирующих элементов в зонах захвата и транспортирования семян.

Во второй главе «Элементы теории рабочего процесса пневмовакуумного высевающего аппарата» обоснованы закономерности процесса захвата и выноса семян из семенной камеры; дозирования и транспортирования их в надсош-никовое пространство; разработаны теоретические предпосылки адаптивности пневмовакуумного аппарата, в которых аргументирована целесообразная конструкция дозирующих элементов.

1. Изучение физико-механических свойств семян подсолнечника и кукурузы.

2. Определение начала зоны захвата семян дозирующими элементами.

3. Разработка универсального компьютеризированного комплекса для исследования пневмовакуумных высевающих аппаратов.

4. Разработка и изготовление экспериментальных высевающих дисков и прокладок вакуумной камеры.

5. Исследование характеристик подачи семян подсолнечника и кукурузы пневмовакуумными высевающими аппаратами с адаптивными дозирующими элементами.

6. Определение рациональных параметров предложенного пневмовакуумного высевающего аппарата и режимов его работы методом планированного эксперимента.

7. Сравнительные испытания в лабораторных и полевых условиях посевных агрегатов с серийными и адаптивными дозирующими элементами пневмовакуумных высевающих аппаратов.

Четвертая глава «Результаты экспериментальных исследований процесса высева семян подсолнечника и кукурузы серийным и предлагаемым пневмовакуумными аппаратами» содержит анализ лабораторно-полевых исследований: для определения параметров дозирующих элементов были определены физико-механические свойства исследуемых культур; с целью определения качества работы адаптивного пневмовакуумного высевающего аппарата были проведены сравнительные с серийным аппаратом опыты; проведен анализ обработанных данных. Исследования интервалов в рядке при полевом эксперименте подтвердили выводы, сделанные по результатам лабораторных экспериментов.

Научная новизна:

Практическая значимость работы:

1) Предложено усовершенствование пневмовакуумного высевающего аппарата (патент №2415541), позволяющее повысить качество посева пропашных культур путем использования адаптивных дозирующих элементов.

На защиту выносятся:

2) Результаты исследований физико-механических свойств семян подсолнечника и кукурузы.

Достоверность представленных данных подтверждена лабораторными и полевыми экспериментами.

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 19 науч

Похожие работы

Процессы и машины агроинженерных систем
05.20.00