автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Изыскание и исследование аппарата точного высева мелкосеменных культур

00 ■ ' ; ' .

| >»/ V' 4 ' V Ч Г

Курская государственная сельскохозяйственная академия им. проф. И.И. Иванова

На правах рукописи

Шварц Сергей Анатольевич

УДК 631.331.85:633.853.494

ИЗЫСКАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ АППАРАТА ТОЧНОГО ВЫСЕВА МЕЛКОСЕМЕННЫХ КУЛЬТУР (на примере рапса)

Специальность 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного

производства

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -Заслуженный деятель науки РФ, академик ААО, доктор с.-х. наук, проф. Грищенко Н.В.

Курск-1999

СОДЕРЖАНИЕ

с.

Введение............................................................................................4

1. Состояние вопроса и задачи исследования..................................8

1.1. Анализ основных факторов, определяющих качество посева мелкосеменных культур........................................................8

1.2. Обзор конструкций высевающих аппаратов точного высева 18

1.3. Цель и задачи исследования....................................................44

2. Теоретическое обоснование параметров и режимов работы высевающего аппарата....................................................................45

2.1. Обоснование диаметра высев^кудаш диска..........................45

2.2. Определение параметров яч&Щи режимов работы ячеистого диска..................................................................................46

2.3. Расчет параметров и места установки отражателя лишних семян............................................................................................51

2.3.1. Жесткий ролик - отражатель..........................................51

2.3.2. Ротационный щеточный отражатель............................57

2.4. Исследование рабочего процесса пластинчатого выталкивателя семян................................................................................66

3. Программа и методика экспериментальных исследований .... 76

3.1. Программа исследований..........................................................76

3.2. Методика планирования многофакторного эксперимента 77

3.3. Подготовка к опытам................................................................93

3.4. Методика определения параметров и режимов работы экспериментального высевающего аппарата........................95

3.5. Оценка качества заполнения ячеек высевающего аппарата 98

3.6. Методика определения величины дробления, и всхожести семян рапса................................................................................103

3.7. Устройство опытного посевного блока................................104

3.8. Определение эксплуатационных и агротехнических показателей работы посевного блока....................... 108

3.9. Методика проведения и анализа результатов скоростной кино-видеосъемки.................................... 110

3.10. Методика определения величины сползания и перекоса машин для посева рапса и ухода за ним в условиях склонового земледелия..................................... 114

3.11. Методика обработки экспериментальных данных...... 119

4. Результаты и анализ экспериментальных исследований...... 120

4.1. Анализ основных технологических свойств семян....... 120

4.2. Экспериментальная оценка параметров ячейки высевающего диска......................................... 122

4.3. Результаты исследований параметров и режимов работы высевающего диска.................................. 126

4.4. Исследование параметров и места установки отражателей лишних семян....................................... 134

4.5. Анализ рабочего процесса пластинчатого выталкивателя семян.............................................. 138

4.6. Лабораторная оценка равномерности распределения семян в рядке......................................... 140

4.7. Результаты полевых исследований посевного блока с экспериментальными высевающими аппаратами........... 146

5. Технико-экономическая оценка агрегатов на севе рапса на зе-

леный корм......................................... 158

Общие выводы и рекомендации производству.............. 163

Литература............................................ 165

Приложение............................................ 176

ВВЕДЕНИЕ

Одним из главных факторов, сдерживающих продуктивность животноводства, является недостаток кормового белка в рационах животных, ежегодный дефицит которого составляет 18-20% от его потребности [1]. В целях создания устойчивой кормовой базы комплексной программой «Корма» предусматривалось довести в одной кормовой единице не менее 120 г переваримого протеина и обеспечить его производство до 417 тыс. т в год [2].

Надежным источником пополнения белка в кормовом балансе является рапс, посевные площади которого возросли по Российской Федерации до 1,2 млн. га. Наукой и практикой установлено, что рапсовые корма (зеленая масса, силос, мука, гранулы, жмых, шрот и другие) можно скармливать всем видам скота и птицы. По данным ВИЖа дойным коровам можно скармливать и рапсовое масло в составе комбикормов в количестве 5% от общей массы.

Анализ развития сельского хозяйства в последние годы показывает несоответствие капитальных вложений выходу продукции: энерговооруженность труда возросла в 2 раза, а объем продукции животноводства увеличился лишь на 25%. Такое несоответствие частично объясняется тем, что при разработке и стандартизации сельскохозяйственной техники мало внимания уделяется унификации конструкций сельскохозяйственных машин, их рабочих органов, узлов и деталей на базе совершенствования технологических приемов заготовки высококачественных кормов.

Сев рапса, как и других мелкосеменных культур, производится специализированными сеялками. Однако качество посева, выполняемого этими сеялками, не удовлетворяет полностью показателям, предъявляемым агротребованиями. При этом, с уменьшением сезонной нагрузки на

сеялку растут затраты на содержание техники. Поэтому конструкторские организации стали особое внимание уделять блочно-модульному проектированию [3].

Одним из наиболее сложных и важных вопросов в интенсивной технологии возделывания рапса как на семена, так и на зеленый корм является получение заданного количества растений на гектаре при равномерном их размещении по длине рядка. Качественная работа высевающих аппаратов сеялки во многом определяет вариацию интервалов между растениями в рядке, а следовательно, величину будущего урожая. Для улучшения равномерности высева используют пневматические, гидравлические и др. относительно сложные высевающие аппараты [3,4,5,6]. В то же время, потенциал конструктивно простых механических аппаратов, в направлении повышения равномерности высева, не реализован полностью [7,8,9,10].

В диссертации излагаются результаты исследований по разработке конструкции, обоснованию параметров и режимов работы механического вертикально-дискового аппарата точного высева, который позволяет повысить равномерность распределения семян в рядке на 17-26 %, урожайность в средне на 14,4%, снизить повреждаемость семян на 0,44-2,43% и в сравнении с рядовым посевом катушечным высевающим аппаратом -экономия семян составляет 19-47%. Теоретически исследуется процесс заполнения и выброса мелких семян из ячеек высевающего диска. Эксперименты проводились в лабораторных и полевых условиях.

Исследования по теме выполнялись в течение 1995-1999 гг., входили в план исследований Курской государственной сельскохозяйственной академии им. проф. И.И. Иванова на 1995-1999 гг. по теме 8, номера государственной регистрации 01.9.20.006402 и соответствуют специальности 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства.

Цель исследования. Обоснование основных конструктивных, кинематических и технологических параметров механического высевающего аппарата для мелкосеменных культур, обеспечивающего равномерное распределение семян в рядке за счет единичного заполнения ячеек высевающего диска.

Объект исследования - механические высевающие аппараты: стандартные катушечные аппараты с одинаковыми желобками и ячеисто-дисковые аппараты различных конструкций.

Методика исследований. Основной метод исследования - анализ и синтез технологического процесса высева семян рапса ячеисто-дисковым высевающим аппаратом и определение агротехнологических свойств посевного блока с учетом многофакторных полевых опытов в земледелии. В работе применялась экспертная оценка факторов и методика планирования многофакторных экспериментов. В соответствии с поставленными задачами разработаны общая и частная методики исследования.

Научная новизна. Обоснован технологический процесс высева семян рапса ячеисто-дисковым аппаратом точного высева, установлены аналитические зависимости для определения параметров ячеек высевающего диска, отражателя и выталкивателя семян, выявлены основные закономерности изменения заполняемости ячеек, дробление семян и равномерности их распределения в рядке в зависимости от конструктивных параметров и режимов работы предлагаемого аппарата.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Теоре ическое обоснование параметров высевающего аппарата точного высева семян размерной группы рапса.

2. Данные экспериментальных исследований высевающего аппарата.

3. Результаты производственной проверки и внедрения посевного блока с разработанной конструкцией высевающего аппарата.

Практическая значимость. Опытные посевные агрегаты на посеве рапса, клевера, люцерны и эспарцета работали три года в СХПК 1 Мая,

колхозе «Искра» Курского района, кооперативе «Реутчанский» Медвен-ского района, кооперативе «Красная Звезда» Глушковского района и в трех хозяйствах Льговского района. Средняя урожайность зеленой массы: рапса - 18,3 т/га, клевера - 17,9 т/га, люцерны - 22,3 т/га, эспарцета -21,2 т/га. При этом экономия посевного материала достигала 47%. Повышение рабочих скоростей на севе с 1,94 до 2,78 м/с практически не влияет на число растений в рядке и урожайность рапса на зеленый корм в опытах 1997-1998 гг. в СХПК им. 1 Мая составила 17-18 т/га. Прямолинейность рядков, ширина основных и стыковых междурядий удовлетворяет агротехническим требованиям при шеренговом расположении.

Результаты исследований могут быть использованы специалистами, занимающимися разработкой конструкций сеялок, и в хозяйствах при эксплуатации посевных машин.

Апробация работы. Основные материалы работы доложены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Курской, Белгородской государственных сельскохозяйственных академий в 1996-1999 гг., в Воронежском (1998, 1999 гг.) и Московском государственных агроуниверситетах (1998 г.).

Публикации. По результатам исследований автором опубликовано 10 статей общим объемом 2,1 печатных листа.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов и рекомендаций производству, приложения и списка использованной литературы, который включает 122 наименования, из них 8 на иностранном языке.

Работа изложена на 196 страницах машинописного текста и содержит 14 таблиц, 52 рисунка и приложение, включающее 18 таблиц и 6 рисунков.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Анализ основных факторов, определяющих качество посева

мелкосеменных культур

Типичными представителями мелкосеменных культур являются многолетние бобовые травы, обогащающие почву большой массой органического вещества с высоким содержанием азота. Однако главная ценность многолетних бобовых трав и их смеси с многолетними злаковыми травами - источник получения высокопитательных кормов, богатых белком и витаминами.

Перед сельским хозяйством поставлена задача значительно увеличить производство растительного кормового белка за счет расширения посевов и повышения урожайности люцерны, клевера, гороха, подсолнечника, сои, рапса и других культур с высоким содержанием протеина.

Резервом пополнения белка в кормовом балансе является рапс, отличающийся высокой энергетической и протеиновой ценностью. По пищевым и кормовым достоинствам рапс значительно превосходит многие сельскохозяйственные культуры. В его семенах содержится 40-48% масла и 21-23% белка. Жиры и белки рапса имеют важное пищевое и кормовое значение. Рапсовое масло безэруковых сортов по качеству близко к высокоолеиновому подсолнечному. Широкое применение этот продукт находит в химической и многих других отраслях народного хозяйства.

В одном килограмме рапсовой муки (из семян) содержится 400-500 г жира, до 380 г белка, что в 1,9-4 раза больше, чем в гороховой, пшеничной и ячменной муке [2].

Ценным кормом, не уступающим по содержанию белка бобовым культурам, является зеленая масса рапса. В одном килограмме содержится 0,16 кормовой единицы и 30-35 г белка, что значительно больше, чем в

зеленой массе кукурузы и подсолнечника. Зеленый корм отличается сочностью, хорошей переваримостью, незначительным содержанием клетчатки. Рапс можно широко использовать в системе зеленого конвейера в качестве поукосных и пожнивных культур. В смеси с другими культурами из него готовят питательный силос высокого качества [11].

Рапс является хорошим предшественником для зерновых культур, создает благоприятные агротехнические условия для последующих культур в севообороте, способствует улучшению структуры и повышению плодородия почв. На каждом гектаре он оставляет в 1,5-2 раза больше корневых остатков, чем клевер. Содержание в них питательных веществ эквивалентно 15 т навоза. Еще столько же их имеется в соломе и пожнивных остатках. Зеленая масса рапса используется и как сидеральное удобрение. Рапс повышает продуктивность севооборота на 10-15 % [12].

Интенсивная технология возделывания рапса предусматривает выполнение комплекса научно обоснованных агротехнических мероприятий, направленных на получение устойчивых урожаев при наименьших затратах труда и средств. Интенсивная технология предусматривает применение подработанных семян со всхожестью не ниже 85%, высев их сеялками точного высева для получения заданного количества всходов, использование высокоэффективных гербицидов для борьбы с болезнями и сорняками, механизированного ухода за посевами и прямого способа уборки [12].

Важной составной частью интенсивной технологии является качественный посев рапса, обеспечивающий равномерное распределение растений в рядке. Необходимость создания достаточной площади питания каждому растению определяет потребность в равномерном распределении последних вдоль рядка. Для большинства сельскохозяйственных культур обоснованы оптимальные площади питания, обеспечивающие их максимальную продуктивность. Синягин И.И. приводит следующее

определение: «... оптимальна та площадь питания, при которой достигается не наибольшая производительность отдельного растения, а получение максимального урожая с гектара основной продукции данной культуры высокого качества при наименьших затратах труда и материальных средств [13].

От рационального размещения растений по площади питания зависит не только урожайность культуры, но и возможность эффективного использования при ее возделывании средств механизации и, следовательно, себестоимость продукции.

О ширине междурядий как у ученых, так и производственников, единого мнения нет. Так, по данным Г.И. Макаровой, при широкорядном посеве через 0,30; 0,45; 0,60; 0,70 м и гнездовом (0,60 х 0,60 м) возможны более высокие урожаи корма и семян [13].

В ранних руководствах по масличным культурам рекомендовали посев озимого рапса семенами с нормой высева 10 кг/га при ширине междурядий от 0,54 до 0,70 м [14]. Д.В. Федоров допускал также двухстрочный ленточный посев рапса с расстояниями между лентами 0,68-0,72 м и между строками 0,135-0,18 м. Несколько большие нормы высева рапса рекомендовал Д.Н. Прянишников - 12 кг/га при рядовом и до 16-17 кг/га или даже больше при разбросном посеве.

По данным И.А. Мицкевича и В.Е. Борковского, наиболее высокий урожай озимого рапса обеспечивается при посеве с междурядьями 0,25 м. Однако в некоторых опытах оказалось возможным использовать и более широкие междурядья - до 0,45 м. Лучшая норма высева, по мнению авторов, при широкорядном посеве - 8-10 кг/га, при рядовом -12 кг/га.

При возделывании на силос в Нечерноземной полосе, по опытам Ф.Ф. Сидорова, оптимальная норма высева в сплошных рядовых весенних посевах озимого рапса не более 2 млн. всхожих семян на 1 га

(9 кг/га), а в летних посевах - 2,2 млн. (10 кг/га). Для ярового рапса Ф.Ф. Сидоров рекомендует, соответственно, 3,7 млн. (15 кг/га) и 4,6 млн. (20 кг/га).

В трехлетних опытах И.А. Трохимчука в Белоруссии на дерново-подзолистой почве наиболее высокий урожай зеленой массы дал широкорядный посев - 0,45 м и норме высева 1,36 млн. (7,5 кг/га). При той же норме высева на рядовом посеве собрали почти на 10 т/га зеленой массы меньше (38,0 и 47,3 т/га). На торфяно-болотной почве урожай зеленой массы был несколько выше, но лучшие результаты получили при той же технологии посева и норме высева, что и на дерново-подзолистой почве.

В Черноземной зоне озимый рапс высевается в основном рядовым способом с междурядьями 0,15 и 0,125 м. Оптимальная норма высева 6-8 кг/га семян. Лучшая густота посевов осенью - 80-120 растений на 1 м2, весной - 60-100. Густые и ранние посевы хуже перезимовывают и снижают продуктивность. При ширине междурядий 0,15 м рекомендуется норма высева 1,3 млн. семян на 1 га [12].

Посев ярового рапса производится в основном рядовым способом с междурядьями 0,15 и 0,125 м. По результатам исследований ВНИПТИ рапса наиболее оптимальная норма высе�