автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение качества посева семян амаранта метельчатого совершенствованием технических средств и технологического процесса

На правах рукописи

Артамонов Евгений Иванович {|

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОСЕВА СЕМЯН АМАРАНТА МЕТЕЛЬЧАТОГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г 4 с::т 20?з

Пенза 2013

005535943

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» (ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА)

Научный руководитель Галенко Иван Юрьевич

кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты: Емельянов Павел Александрович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», профессор кафедры «Основы конструирования механизмов и машин»

Добрынин Юрий Михайлович

кандидат технических наук, ФГБУ «Поволжская МИС», заведующий лабораторией «Испытания зерно-кормоуборочной, оросительной техники и внедрения новых технологий»

Ведущая организация ГНУ «Поволжский научно-исследователь-

ский институт селекции и семеноводства им.П.Н.Константинова»

Защита состоится «15» ноября 2013 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.053.02 на базе ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» по адресу: 440014, г. Пенза, ул. Ботаническая, 30, ауд. 1246.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА».

Автореферат разослан 14 октября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Кухарев О.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие животноводства в Поволжском регионе ставит вопрос о необходимости увеличения производства и применения высокоэффективных кормов. Одной из перспективных кормовых культур, обладающих высокой урожайностью и питательной ценностью, является амарант метельчатый, интерес к которому вырос в последние годы. ГНУ НИИС им. Константинова Самарской области проводит селекционные исследования по его воспроизводству. Лицензирован сорт амаранта «Кинельский 254», проводится работа по созданию новых сортов кормового и зернового направления.

Одним главных из условий, позволяющих обеспечить достижение высокой планируемой урожайности амаранта, является его точный посев с заданным межсеменным интервалом. Равномерное распределение семян и растений необходимо в связи с высокими требованиями к зоне питания. В то же время, анализ^существующей агропрактики и конструкций современных высевающих устройств для мелкосемянных культур показывает, что они не позволяют полностью выполнить агротребования по точности распределения семян в рядке при посеве амаранта, ввиду особо малых размеров семян и особенностей их физико-механических свойств.

В связи с этим создание технических средств и технологий, позволяющих производить точный посев амаранта метельчатого согласно агротехнических требований, является актуальной научж.1 и практически значимой задачей для АПК России.

Степень разработанности темы. Уточнена классификация высевающих устройств, способных производить посев мелкосемянных с.-х. культур, выявлены их недостатки: катушечные типы устройств высевают неравномерно, пучками; пневматические устройства имеют низкую равномерность, забиваются пылью; все остальные типы высевают с большими отклонениями от требуемых для амаранта агротехнических показателей посева. Уточнены физико-механические свойства семян амаранта метельчатого сорта «Кинельский 254», разработана конструктивно-технологическая схема механического ячеисто-дискового высевающего устройства, теоретически обоснованы закономерности, характеризующие влияние режимных и конструктивных параметров на рабочий процесс механического ячеисто-дискового высевающего устройства, проведена экспериментальная проверка работы механического ячеисто-дискового высевающего устройства в лабораторных и полевых условиях на свекловичной сеялке.

Работа проводилась по плану НИОКР ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА по направлению 02.01.03 «Разработать комплекс приоритетной почвообрабатывающей и посевной техники высокого уровня с оптимальным набором сменных рабочих органов, адаптивных к различным почвенным условиям», согласно теме «Совершен-сгвовшше технологических процессов и рабочих органов посевных машин и комбинированных агрегатов, обеспечивающих энерго-ресурсосбережение при возделывании с.-х. и лесных культу р».

Цель работы - повышение качества посева семян амаранта метельчатого совершенствованием технических средств и технологического процесса.

Задачи исследований:

1. Разработать конструктивно-технологическую схему и конструкцию механического ячеисто-дискового высевающего устройства на базе свекловичной сеялки для посева амаранта метельчатого.

2. Выполнить теоретические исследования по оценке влияния конструктивных и режимных параметров механического ячеисто-дискового высевающего устройства для посева амаранта метельчатого на вариацию межсеменных интервалов

Исследовать в лабораторных условиях физико-механические свойства семени амаранта метельчатого для создания механического ячеисто-дискового высевающего устройства и оценить влияние конструктивных й режимных параметров на качественные показатели посева.

4. Провести полевые исследования экспериментальной сеялки с рабочими секциями, оснащенными механическими ячеиего-дисковыми высевающими устройствами для посева амаранта метельчатого и оценить экономическую эффективность от повышения качества посева.

Объект исследований - технологический процесс посева семян амаранта метельчатого механическим ячеисго-дисковым высевающим устройством на базе свекловичной сеялки.

Предмет исследований - конструктивные и режимные параметры механического ячеисто-дискового высевающего устройства для посева семян амаранта метельчатого «Кинельский 254», показатели качества посева.

Научная новизна работы:

- конструкция механического ячеисто-дискового высевающего устройства точного высева; 3 1

- аналитическое выражение зависимости критической скорости движения семян амаранта относительно вертикального высевающего диска;

- теоретическая зависимость, описывающая угол установки отражателя семян, при котором не происходит защемления второго семени, попавшего в ячейку высевающего диска; 3

- уравнение, определяющее профиль рабочей грани выталкивателя семян высевающего устройства;

- экспериментальные зависимости вариации распределения семян амаранта усфойства™ " РЯДКе ОТ К0ИСТР>'КТИВНЫХ 11 Режимных параметров высевающего

кг технического Решения подтверждена патентом РФ „а изобретение

Ла 2347349 и на полезную модель № 6198! «Высевающее устройство».

Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты научных исследовании послужили основой для разработки механической сеялки точного высева для мелкосеменной культуры амаранта метельчатого сорта «Кинельский 254» Использование сеялки с механическим ячеисго-дисковым высевающим устройством для посева амаранта метельчатого позволило получить, за счет равномерного посева и распределения семян в рядке на полях размножения ГНУ Поволжский НИИСС им 1Ш. Константинова, повышение урожайности культуры на зерно и зеленную массу в среднем за пять лет по зерну на 24.. .35% и более чем в два раза соответственно

Методология и методы исследований. Теоретические исследования выполнялись с использованием основных положений, законов, методов классической механики и математики.

Экспериментальная проверка теоретических исследований проводилась в лабораторных и производственных условиях на основе общепринятых методик в соответствии с действующими ГОСТ, ОСТ, а также с использованием теории планирования многофакторного эксперимента, метода сравнительных исследований сеялок,оснащенных катушечными высевающими устройствами (контрольная сеят-ка) и ячеико-дисковыми высевающими устройствами (экспериментальная сеялка)

Основные расчеты и обработка результатов ^им™ ЭВМ с

использованием стандартных пакетов программ MathCAD, Excel и Steh ^

Нэтч„.,е положения и результаты исследовании, выносимые назащшу. fКончив™ нолог^еская схема и конструкция механическое ячеи-сто-дисковогоТьюевающего устройства для точного посева амаранта м^ато1^ сто Дискового зависимости критической скорости движения семян га-

ранта отн™ьно вертикального высевающего диска; угла установки пш ютаромне происходит защемление второго семени попавшего в ™ высе вещего диска, атакже уравнения определяющие профиль раоочеи грани вытал

кивателя высевающего устройства. ячеисто-

3. Рациональные значения конструктивных и режимных паРа^" дискового всевающего устройства точного посева, обеспечивающие наилучшую равномерность высева семян амаранта метельчатого.

4 Экспериментальные зависимости неравномерности высева семян от кон струкгивных и технологических параметров механического ячеисто-дискового вы

С6™ По'кХелТкачества посева семян амаранта метельчатого на полях размножения и^ ов исследованнй. Предложенное механическое ячеи-сто-дисковое высевающее устройство установлено на

вичную сеялку которая исследована на полях размножения и сортоиспытания в SZ^о^следовательско* институте селекции и семеново^ваш-ни ПН Константинова, атак же полях с.-х. предприятии ООО «Подстепинское», Ш «Кузнецов» Самарской области при возделывании амаранта непкюй 254» на корма и зерно. Внедрение разработки при возделывании амаранта метелиатого в условиях ГНУ НИИСС им. П.Н. Константинова подтверждено актами испытаний и внедрения. ,_„„„. пттомосш

Степень достоверности и апробация результатов. Стспень сход мосп теоретических и экспериментальных данных определялась по критериям Стьюдента и ф1~вержденРа экспериментальными исследованиями и ПР™™ реализацией разработанного механического дискового высевающего устройства точ

ного посева в лабораторных и полевых условиях. , научно-

Основные результаты исследований доложены ^ДОбрены н нщчно практических конференциях ФГБОУ ВПО «Самарская ГСХА»(2004.200:¡ 2006, 2010...2013г.г.), ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова» (2012г.),

ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА» (2012).

Экспериментальная сеялка с механическим ячеисто-дисковьш выивающш устройством экспонировалась на: X Губернской выставке «Достижения в области сельсктаозяйственного производства» 21-23 сентября 2007 г., П—кои ^ ропромышленной выставке «Всероссийский день фермера» 0-12 ™ 2011 г XIV поволжском агропромышленном форуме 21-23 сентября 2012 г. (г.о. Кинель пг.т. Усгь-Кинельский); 2-й молодежной областаой выставке «Технопарк 2012 > 8 сентябоя 2012 г (г Новокуйбышевск); Молодежном образовательном форэме Приволжского ФО «I Волга - 2013» 17...30 июня 2013 г. (п.г.т Прнбрежн^и молодежной областной выставке «Технопарк 2013» 31 августа 20Ь г. (г. Новокуйбышевск) где отмечена дипломами. На «XV Поволжском агропромышленном форуме 2013» 13... 14 сентября 2013 г. экспериментальная сеялка награждена Золотой

МВДЕШ"публикации. По диссертационной работе опубликовано 13 печатных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, указанных в «Перечне...ВАК», получены патенты

РФ иа изобретение и полезную модель. Общий объем публикаций составляет 4,06 п.л., из которых 1,92 п.л. принадлежит автору.

Структура н объем диссертации. Диссертационная работа coctowi из введения, пяти рюдслов, общих выводов, списка использованной литературы из 107 наименований и приложения на 30 с. Работа изложена на 146 е., содержит 14 табл. и 48 рис.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, изложены основные научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту .

В первом разделе «Состояние вопроса, цель и задачи исследовании» выполнен анализ посевных машин и определено направление разработки конструкции выссваюша о устройства.

Большой вклад в совершенствовании конструкций высевающих устройств внесли ученые Г.М Бузсиков, Ю.Д. Пидинесв, В.П. Горячкин, Ф.В Гришенко, С.А. Ивженко, C.B. Кардашевский, А Н. Карпенко, П.М., И.А. Емельянов, Н.Г1. Крючин, H.I1. Ларюшин, К.З. Кухмазов. А.Б. Лурье, Н И. Любушко, C.I1. Мухин, Б.Г. Турбин н лр. Ими разработаны и классифицированы высевающие устройства, позволяющие производить высев семенных материалов.

В ходе обзора способов и технических средств возможного посева амаранта метельчатого было установлено, что целесообразно разрабатывать и использовать механические устройства с ячьисто-дисковыми рабочими элеме1гтами, позволяющие захватывать семена, обеспечивать устойчивое транспортирование без травмирования до выпадения в борозду. Установлено, что наиболее перспективным направлением является разработка механического ячеисто-дискового

высевающего устройства позволяющего осуществить пунктирный посев.

На основании проведенного литературного и патентного обзора научной информации были сформулированы цель и задачи.

Во втором разделе «Теоретическое обоснование конструктивны* и режимных параметров механического ячен-сто-дисков01 о высевающего устройства для посева амаранта метельчатого» дается описание и обоснование конструктивно-технологической схемы механического ячеисто-дискового высевающего устройства точного посева (патент РФ иа изобретение Кг 2347349 (рис. 1», теоретический анализ влияния конструктивных и режимных параметров на рабочий процесс и вариацию мсжссмснных интервалов.

Технологический процесс работы механического ячеисто-дискового высевающего устройства точного посева протекает следующим образом. Семена ама-

0/ ?f

Рисунок I - Cxe.ua механического дискового высевающего устройства точного посева: ¡-корпус. 2-ячеистый диск, 3- корпус ^ютражатеуь семян; 4-корпус семяпровода. 5-бункер; 6-ячейка. 7- выталкиватель семян. 8-

сошник. 9-отражатель; 10-упютняющее кольцо II-механизм поджатия отражателя

раита засыпаются в бункер 5, под действием сия гравитации они заполняют всс отверстия в корпусе семяпровода 'I ло ячеистого диска 2 и корпуса отражателя семян 3. при вращении ячеистого диска 2 ячейки 6 на периферической поверхности диска проходят под слоем семян и заполняются, семена, не попавшие в ячейки, но двигающиеся в активном слое отражаются отражателем семян 9 в полость корпуса семяпровода 4. Ячеистый диск 2 гарантированно транспортирует семена, запавшие в ячейки 6 без повреждений и выпадения, удерживаемые уплотняющим кольцом 10, до встречи с выталкивателем семян 7 который сОрасываст и> на лно борозды сформированным сошником 8. Норма высева регулируется количеством ячеек на периферической поверхности высевающего лиска и изменением передаточного отношением в механизме привода приводного вала высевающею дшека.

Теоретические исследования процесса работы механического ячеисто-дискового высевающего устройства точного посева можно разделить на три основных этапа: I) определение конструктивных параметров ячейки висеваюшет диска и условий западення ссмсни амаранта метельчатого; 2) определение параметров отражателя, обеспечивающего отсутствие защемления семени, и движения семени амаранта по отражателю, 3) определение профиля рабочей поверхности выталкивателя, обеспечивающего устойчивое выбрасывание семян без повреждения.

Для обеспечения равномерности высева, соответствующей агрономическим требованиям возделывания амаранта метельчатого, необходимо получить следующие параметры высевающего устройства: размеры и расположение ячеек их диаметр, путь перемещения ячейки под слоем семян, критическую скорость семян при движении их по ячеистой поверхности диска, угол установки отражателя и профизь рабочей грани выталкивателя высевающего устройства

При расчете линейных размеров ячейки необходимо исходить из условия, что в нее должно укладываться одно самое большое семя, но не должно помешаться два самыу мяпемипос семени фракции.

Так как семена амаранта метельчатого имеют шаровидную форму', поверхность ячейки целесообразно иметь еяедуюшей формы (рис. 2). С учетом того, что в ячейке должно находиться не более одного семени диаметр ячейки будет:

2<1сяш>0,=<1ст*,+2к2, (I)

где - минимальный диатетр ссмсни фрак-ют, мм, <1ст" - максимальны* диаметр семени Рисунок 3 - Схема зона- фракции, мм, О, - диаметр ячейки определенной дания семени а ячейку франции, мм, к2 - зазор между стенкой ячейки и

семенем, к2= 0.1—0.2 мм.

Для определения глубины ячейки необходимо соблюдал, условие

г^-^н^Ьс—+к,. (2)

'с

Г/ р.

J

1

Рисунок 2 - Размеры ячейки в высевающем диске

где h, - минимальная высота семени фракции, мм, h,"" - максимальная высота семени фракции, мм, Н. - глубина ячейки, мм, к, - зазор между верхней образующей наружной поверхности диска и семени, к, - 0,1...ОД мм.

При этом степень заполнения ячеек диска семенами и повреждение их имеют прямую связь не только с размерными характеристиками семян и ячеек, но и с относительной скоростью движения семян по ячеистой поверх пост диска (рис. 3). Чапал анис семени в ячейку происходит при скорости (oj до критического ее значения (О.

Критическая скорость семени (ие"*'):

(3)

меньше (оч>,) на

/>,/«

где Л. - радиус ячейки, м; г, - радиус семени, м.

Критическая скорость семени по хорде (и""«^) величину («П)с):

=Л -Г, -г/ -г,)] . (4)

В результате анализа выражения (4) можно сделать вывод о том, что если центр семени движется по оси ячейки со скоростью, равной критической, то процесс заполнения ячейки возможен. Для семени, движущихся по хорде, :та скорость семян по диаметру превышает критическую относительную скорость семени по хорде, и процесс заполнения становится невозможным. Следствием этой закономерности является уменьшение частоты встреч семян с ячейкой, блшх>приягных для ее заполнения, а значит, с ростом скорости высевающего диска частота встреч до заполнения ячейки и путь, проходимый под слоем семян, должны быть увеличены для вариантов движения семян по хорде. Из этого следует, что с увеличением скорости диска путь, проходимый ячейкой под слоем семян до се заполнения, должен увеличиваться.

Для определения скорости движения семян амаранта относительно вертикального ячгистого высевающего диска, выделим в массе семян, единичный объем Л» массой т , находящийся I контакте с поверхностью высевающего диска (рис. 4) и составим дифференциальное уравнение его двяжения

где <р - угловое перемещение выделенного единичного объема в абсолютном движении; /$ -сила трения семян о поверхность обода диска, Н; Р, -сила вертикального давления семян на диск, Н; Р, -сила трения вышележащих слоев семян, Н:

Относительная скорость движенит выделенного слоя семян (»,) по высевающему диску, которая должна быть меньше или равна критической скорости западеиия семян в ячейку (), определяемой по формуле (3), равна:

л»

Рисунок 4 - Схема си.i действующих на выделенный единичный объем семян амаранта

Г.-Ъ

( 35*

(6)

Из приведенного уравнения видно, что на относ»ггельную скорость к влияют угловая скорость вращении высевающего диска <ц, величина радиуса ячеистого

высевающего диска К,, ширина обода высевающего диска Ь , а также фнзико-мсханическис свойства семян (коэффициенты трения о диск /, и внутреннего трения /„ ).

Повреждения семян обуславливается условием отсутствия защемления верхнего семени и верхней гранью отражателя, при этом на второе семя, находящееся в ячейке и удаляемое отражателем, будут действовать следующие силы и реакции (рис. 5).

Отсутствия защемления верхнего семени и верхней гранью отражателя определяется

углом установки отражателя

/>

СогЦ! - г)-(/, + /,)■ -•)-/, «о«-

Рисунок 5 - Схема сия, действующих на млишнсся сел * при контакте с отражателем

(7)

F Соф

♦ Sirtfl -*)*(/,*/,) Coiffi - 9)

где а - угол установки отражателя, град; /| - коэффицис1гт трения семян о стенку ячейки высевающего диск« /2 - коэффициент трения семян о поверхность отражателя; Р - сила вертикальной) давления вышележащий слоев семян.

Полученное выражение позволяет определить угол установки отражателя, при котором не происходит защемление второго семени попавшего в ячейку высевающего лиска. Как видно из выражения угол установки отражателя а зависит как от конструктивных параметров ячеисто-днскового высевающего аппарата, так и от физико-механических свойств семян.

Рассмотрим условие, при котором не наблюдается свободного, «неуправляемого» вылета сеням из ячейки высевающего диска. При этом на единичное семян находящееся в ячейке и на которое еще не действует выталкиватель будут действовать следующие силы (рис. 6): силы тяжести семени - Сс. центробежная сила инерции - Fw сила трения семешн о поверхность ячейки - Fmp

Тогда условие, при котором единичное семя будет находиться в ячейке высевающего лиска запишется в виде:

F„ 2F. +G, Cos<p (8)

Откуда:

<pwf £ ArcCos g\l+/1)----,

(9)

где ф - угол наклона ячейки от вертикальной оси, град; о» - угловая скорость вращения высевающего диска, с'1; Ла - радиус высевающего диска, м; ? - коэффициент трения семени о поверхность ячейки.

Таким образом, полученное выражение позволяет определить угол установки выталкивателя относительно вертикальной оси симметрии высевающего диска.

9

Профиль рабочей грани выталкивателя определяется из условия выталкивания семени из ячейки. Рабочая грань п-^п. которая наклонена к стенке ячейки под углом р (рис. 6), должна выталкивать семя, при этом сбрасывание семян в борозду, должно заканчиваться в нижней точке аппарата, совпадающей с его вертикальной осью. При вращении диска на семя действуют силы нормального давления N1 со стороны стенки ячейки и выталкивателя N. силы тяжести семенн Ос и центробежной силы инерции (-'„(рис 6).

Чтобы семя перемещаюсь вдоль стснки ячейки и не происходило его защемление, необходимо чтобы соблюдалось следующее условие:

/V +/У, ■ Биф+СеСо5(р2:/х(Л^ ■ Соф-в^имр)+/•/*/• Соф (Ю)

Угол установки пластинчатого выталкивателя (3 определится по выражению:

г/ + Ву1(4/г + 1-В1)

ЛгЩ —- - ' ,--

* О-В1)

(та/^Я, + mg(Caг<p + ) ■ 5ш»))

(11)

где

в ^ ("а/Ц, * те(Согч> +) ■ 5»п»)) j.

^ - коэффициент трения между семенами н выталкивателем;

Так как высевающий диск при вращении изменяет наклон стснки ячейки к грани я—п, уменьшая угол р, то необходимо на такую же величину увеличить угол р за счет наклона грани п—л для сохранения условия выталкивания семян. Таким образом, неподвижный выталкиватель должен иметь рабочую 1раиь по форме логарифмической спирали. Уравнение логарифмической спирали, по которой выполнена рабочая кромка выталкивателя семян, запишется в виде:

где Ка - радиус высевающего диска, м; И, - глубина ячейки и высевающем диске, м; к=С(ф -параметр логарифмической спирали; <р - угол поворота радиуса-вектора логарифмической спирали. град;.

Теоретический расчет показал, что диаметр ячейки высевающего диска должен составлять 1,42 мм. минимальный допустимый путь ячейки высевающего лиска в относительном движении под слоем семян должен быть 32,8 мм, угол установки отражателя должен составлять не более 16,8 градусов и форма рабочей поверхности выталкивателя должна быть выполнена в виде логарифмической спирали

В третьем разделе «Программа и методика экспериментальных исследований» изложены программа, общая и частные методики экспериментальных исследований с описанием технических средств и оборудования, применяемого в лабораторных и полевых иссгедованиях. Программа исследований включала:

Рисунок 6 - Силы, действующие при выбросе семян из ячейки пластинчатым вы-талкилатеяем

шш

3 2 I

- лабораторные экспериментальные исследования физико-механических характеристик сели)и амаранта метсльчаггого;

- лабораторное исследования по опенке влияния основных конструктивных и технологических параметров механического ячсисто-днскового высевающего устройства точного посева на качественные показатели высева и определение оптимальных их значений;

- полевые исследования экспериментальной сеялки с рабочими секциями, оснащенными механическими ячеисто-дисковыми высевающими устройствами точного высева при посеве амаршгга метельчатого «Кинельский 254».

Критерием оиенки работы устройства является равномерность продольного высева семян амаранта метельчатого «Кинельский 254», характеризуемая коэффициентом

вариации (у):

У-о/Цр. (13)

где о - срсднеквадратнческос отклонение среднего расстояния между семенами на зачетном участке липкой ленты мм; - среднее расстояние между семенами на зачетном участке липкой ЛС1ГТЫ, мм.

Исследование физико-мсхзиичсских свойств семян амаранта метельчатого, таких как: угол естественного откоса; коэффициенты трения ссмян по стали, алюминию. полимерам; усилие повреждения семени были проведены с использованием разработанных и усовершенствованных технический средств и лабораторного оборудования. Исследования угла естественного откоса проводили на лабораторной установке элементами которой являлись стандарт ные инструменты и принадлежности Коэффициенты трения ссмян по по верхностям, изготовленным из стали алюминия и других материалов контактирующих с семенным митериа лом в покое, так и в движении определялись на лабораторной установке (рис. 7) консгрукции Р.Л. Зенкова с усовершенствованным элементом

конструкции механизма создания нафуэки, позволяющим зафиксировать коэффициенты трения более точно.

Исследования усилия повреждения семени амаранта метельчатого

5 -шт

Рисунок 7 - Лабораторная установка для определения коэффициентов трения:!- желоб. 2-тастина, 3- направляющие. 4 рамка, 5-груз. 6-подшипники, 7-трос. 8-бяок, 9-емкость для жидкости

Рисунок 8 - Схема лабораторной установки повреждения семени амаранта:¡-семя амаранта. 2-верхнее стекло; )-нижпее стекло; 4-

штатив; 5-ем гость; 6-сосуд, 7-жидкость (вода). 8-индикатор ИЧ О-/Омм ГОСТ577-66.

«Кинсльский 254» проводили на разработанной лабораторной установке (рис. 8).

При проведении лабораторно-полсвых исследований руководствовались ГОСТ 31345-2007 «Сеялки тракторные. Методы испытаний».

Для исследования влияния конструктивных и режимных параметров механического дискового высевающего устройства точного посева на вариацию мсжсемениых интервалов было

разработано исследовательское

высевающего устройство, позволяющее изменять конструктивные параметры. Исследовательское высевающее

устройство (рис. 9) состоит из корпуса-бункера 1, ячеистого высевающего диска 6, приспособления для регулировки углов отражателя семян и отражателей 2, 3 и 4, заслонки регулирования хода ячейки диска под слоем семян 5 и выталкивателя, который установлен в нижней части устройства. Устройство монтируется на корпусе выссвшошеп секции свекловичной сеялки ССТ-12Б без штатных деталей . (бункер, крышка, ее ненкой диск и выталкиватель). .

Неравномерность продольного распределения семян определялась на разработанном лабораторном стенде с устройством фиксирования семян. Стенд (рис. 10) состоит из рамы 1, спорно-приводного механизма 2 и высевающей секции 3 (собранной на базе сект и сеялки ССТ-12Б) с исследовательским высевающим устройством 4, установленной над ленточным транспортером 5. Привод стенда осуществляется через опорно-приводной механизм 2 ременной передачей 6 от стенда КИ-22205, что позволяет плавно и бес ступенчато менять скорость движения ленты. Опорно-приводной механизм состоит из опорно-приводных валов 7 и 8, цепной передачи натяжной твездочки 9. Ременная передача 6 передает вращение на вал 7 через шкив. Привод высевающего устройства осуществляется от валов 7 и 8 через опорное пневматическое колесо 10 и редуктор 11 привода высевающей секции. Диапазон частоты фащения высевающего диска изменяется редуктором 11 при помощи цепной перглачи и сменных звездочек. Ленточный транспортер 5 приводится в движение от опорно-приводного вала 8. На ленточном транспортере 5 закрепляют липкую ленту, которая позволяет при работе стенда фиксировать семена, подаваемые высевающим устройством в месте их падения на транспортер. Дтина ленточного транспортера позволяет получать результаты высева на участках липкой ленты длиной до 4,5 м. Это позволяет выполнить требования ГОСТ 31345 -2007 для оценки исследуемого показателя.

Принятые значения частоты вращения высевающего диска и задаваемая на стенде скорость движения ленты транспортера соответствовали диапазону рабочих скоростей сеялок точного высева. Повторностъ опытов трехкратная.

Сравнительные исследования показателей качества посева проводили с контрольными посевами, выполненными овощной сеялкой СО-4,2 на полях размножения сортов ГНУ «Поволжский научно-исследовательский институт селекции и семеноводства им. H.H. Константинова».

Рисунок 9 - Исследовательское высевающее устройство: I - корпус-бункер: 2.3.4 - отражатели семян. 5 - заслонка изменения пути хода ячейки семенного диска под слоем семян. 6 - высевающий диск

Рисунок 10 - Стенд для лабораторных исследований равномерности высева семян на липкую ленту:! - рама приводной ремень; 2 - опорно-приводной механизм; 3 высевающая секция, 4 - исследовательское высевающее устройство: 5 - ленточный транспортер; 6 - ременная передача; 7,8 - приводной вал; 9

— звездочка натяжная; 10 - опорное пневматическое колесо; П - редуктор, 12

- за паковочная лента, 13 - основная клейкая лента

Определяли неравномерность высева семян и растений, глубину' заделки семян, неустойчивости высева, биологическую урожайность зеленой массы и зерна IIлошадь полевых посевов составляла 8-24 га.

К четвертом ратделе <гРезультаты и анализ экспериментальных исследований» представлены основные результаты лабораторных и нолевых исследований, дан их анализ.

Изучены необходимые физико-механические свойства семян. Получены размерные характеристики, фрикционные свойства и объемная масса, усилие повреждения семян, необходимые для разработки и обоснования конструктивно-технологических параметров механического дискового высевающего устройства точного высева. По результатам лабораторных экспериментов среднее значение угла естественного откоса семян амаранта метельчатого составляет 23°36' (рис. 11), что говорит о хорошей сыпучести семенного материала.

Коэффициенты трения семян по различным материалам составили: сталь 0,18; алюминий 0,22; полимер 0,11.

Рисунок 11 - Измерение угла естественного откоса:/- угломер с нониусом (тип УН. ГОСТ 5378 - 66). 2- воронка объемом 500 мл, 3-конус семенного материала, 4- магнитный штатив ГОСТ 10197 -70

Значения, полученные в результате проведения лабораторных экспериментов по определению усилия повреждения, позволяют сделать вывод о том, что рабочие органы механического ячеисто-дискового высевающего устройства точного высева не должны создавать усилия на семя амара»тга метельчатого более 19.15...19,2 Н, а усилие повреждения зависит от диаметра семени.

В результате исследования физико-механических свойств семян амаранта метельчатого определены средние значения их размеров, которые в соответствии с классификацией форм относятся к шаровидной форме, а при определении фрикционных свойств, установлено, что их семена относятся к сыпучим группам.

Результаты лабораторных исследований по оценке влияния частоты вращения высевающего диска, угла установки отражателя и пути хода ячейки высевающего диска под слоем семян на вариацию меж семенных интервалов представлены на рисунках 12, 13,14. __

• • •

■

'^-Дд'ЧйсЛ У

Рисунок 12 • Распределение семян на участке липкой ленты после высева на стенде При угле установки отражателя семян 30° (рис. 13) на всем диапазоне исследуемых частот вращения высевающего диска и длины хода ячейки под слоег семян вариация межссменных интервалов выходит за допустимые пределы агрономических требований к устройствам пунктирного посева.

0 « в 26 20 24 28 32 36 40 44 48 52 16 60 64 68 72 76 1-Д41Ш лоая нчгЛкн выссмюшт диска рад м<км «мпв, мм.

Рисунок 13 - Изменение вариации У расстояний между семенами продольно в рядке в зависимости от длины хода ячейки высевающего диска под слоем семян/, частоты вращения диска п при угле установки отражателя ф-ЗО" I - 5мин '. 2- 9мин , 3 - ¡Змин', 4-17мин '

Вариация межсемсниых интервалов при угле отражателя 25° на всех режимах частоты вращения высевающего диска входит в агрономические требования к устройствам пунктирного посева при длине хода ячейки пол слоем семян начиная с 48 мм, а при длине хода ячейки более 68 мм и частоте вращения высевающего диска 5....9 мин ' достигается вариация 8...9%.

При угле отражателя 20° на всех режимах вариация межссменных интервалов входит в агрономические требования к устройствам пунктирного

гтоссяа при длине хода ячейки высевающего диска под слоем семян о,38! мми стабилизируется на вариации 8...9% при увеличении хода ячейки от 56 мм и шлсь Наилучшая равномерность распределения семян достигается при угле установки отражателя Ф - 15° (рис. 14). Вариация »ежесменных интервалов при час-тотс вращения высевающего диска 5 и 9 мин ' входит в афо,«омические требования к устройствам пунктирного посева (менее 35%) при длине хода «н«*™"^ ная с 16.9мм и снижается до значения 8... 10% при длине хода ячейки более 32 мм для частоты вращения высевающего диска 17 мии , а для частот 5 и 9 мин ГГаяТ^мДго позволяет выполнить требования по равномерному посеву амаранта и обеспечить, тем самым необходимую зону питания растений

ol's 0.70

а

i а«о I O.Ü Í о.»

> 0.10

о « , п » » M 1. » » « « « я » » й " "

I длим тала мч.окм „ыссплюшмо диска им C.WMI сгийп. мм.

Рисунок 14 - Изменение вариации расстояний между сменами продольно в рядке в ' зависимости от длины хода ячейки высевающего диска под слоем семян I. частоты вращения диска н при угле установки отражателя П 1 - Змии ', 2 - 9мин . 3 - /Змин, 4 - 17мин

Для оценки комплексного воздействия частоты вращения высевающего диска п. угла установки отражателя семян ч> и длины хода ячейки высевающего диска пол слоем семян на неравномерность высева семян амаранта метельчатого «Кинельский 254» были приняты интервалы и уровни варьирования основных факторов (см. табл.). Получены уравнения ре|рессин второго порядка, ал^валю описывающее влияние факторов на процесс продольного распределения семян <14,15) У = 32,03- 22 X, + 3,95 Л", «• 5,48 X, -1,83 X, X,- 3,04 X, ■ X, + 2,93 X, X, ■ Х„ (14) V--30.61 + 0,82 ?-530,67 5 + 4,27 р-И.29 ( 9-0.0* Г19,53 * + -. (,5)

„+0,49<Л> <р.

Таблица - Интервалы и уровни варьирования ^овных^акто!уов_ -3-—--^ --------------iii .4r.nu ■ кошпюваннс

Уровни варьирования факторов Верхний

Нижний

Основной

Интервал варьирования

• ,мм.

64

16

40

24

Факторы

vi. м/с У V, ipag.

0.15

0.05

0,10

0,05

25

15

20

Фмсторывкодированном виде

+1

X,

+1

-1

X,

•и

1S

Рисунок 15 Трехмерная поверхность отклика при V ~ 15".

Рисунок 16 - Рабочая секция устройства точного высева

Рисунок 17 - Экспериментальная сеялка точного высева. 1 - рана. 2 - опорно-приводное колесо, 3 - редуктор, 4 -посевная секция, 5 - левый маркер.6 -правый маркер

После подстановки в уравнение регрессии соответствующих значений основных факторов, графически построена поверхность отклика (рис. 15).

Результаты анализа полученых зависимостей показывают, что

равномерность высева, соответствующая агротехническим требованиям при пунктирном посеве семян, оцениваемая коэффициентом вариации межсеменного расстояния V 5 35% ( достигается при значениях угла установки отражателя 20е

. значениях длины хода ячейки под слоем семян И 34.5 мм и линейной

скорость обода высевающего диска " * 0,15 м/с, что соответствует частоте вращения высевающего диска п * 13 мин V При этом

значения вариации меж семенных интервалов 8... 10% во всем исследуемом, диапазоне частот вращения высевающего диска могут быть обеспечены увеличением длины хода ячейки высевающего диска иод слоем семян. Это позволяет усовершенствовать

технологический процесс посева амаранта метельчатого при котором уменьшается норма высева и достигается равномерное распределение семян в рядке.

В результате проведенных экспериментов установлено, что выталкиватель с формой рабочей поверхности выполненной по

логарифмической спирали на всех режима удовлетворяющих шротрсбованням по норме вассва не повреждает семена амаранта метельчатого.

Для посева семян амаранта метельчатого «Кинельский 25-1» были спроектированы и изготовлены комплекты модернизации к рабочим секциям сеялки ССТ-12Б с рациональными

конструктивными параметрами,

полученными в ходе лабораторных экспериментов (рис. 16). Сеялка агрегатировалась с трактрором МТЗ-82 (рис. 17).

При посеве семян амяраша экспериментальной сеялкой и иоотрольной сеялкой наблюдались существенные расхождения вариации интервалов между семенами в рядке, которые соответственно имеют значения 22% и 65%, что значительно повлияло на урожайность (рис. 18).

о) 6)

- - Ш- m

■ I l i

■ LLL ili.liъ

ихm t\fi .-010 mil ми кхя мм jcio юн un

Рисунок 18- Урожайность зеленой массы (a) и зерна (6) при посеве экспериментальной сеткой и контрольной СО 4,2: I- жстршютаяьная, 2- конт/юльная

Анализ полученных данных по биологической урожайности (рис. 18) показал, что применение экспериментальной сеялки с предлагаемым механическим дисковым высевающим устройством позволило получить прибавку урожая в среднем за пять лет по зерну на 24 и 35%, а по зеленой массе более чем о 2 раза.

И питом раие.тг *Технико-экономическая эффективность использования зкеперичентачыюь сетки с секциями, оснащенными ячеистое »исковыми высевающими ухтройеггвами точного посева* приводится технико-экономический расчет, показывающий экономическую эффективность от повышения качества посева.

Применение экспсримектальной сеялки, оснащенной секциями с ячеиего-дисковыми высевающими у стройствами точного посева позволит, за счет повышения урожайности и снижения эксплуатационных затрат на сопоставимый объем годовых рабог. получгть экономический эффект 13608 руб. с I га посевов амаранта метельчатого (в ценах сентября 2012 года).

общие выходы

I. В применяемых современных технологиях возделывания амаранта метельчатого наилучшие результаты достигаются при малых нормах высева с обеспечением равномерного распределения семян и растений в рядке, и широкорядном способе посева. На сегодня слабым звеном технологии посева амаранта метельчатого является продельная неравномерность распределения »ежесменных ингерва-JK>» Анализ конструкций, способных провести точный посев, показа! что, высевающие устройсгва для посева амаранта метельчатого изучены недостаточно, а выпускаемые сеялки для посева меякоссмеяных культур не отвечаюг шрттаничс-ским требованиям для посева амаранта метельчатого. Наиболее простые в конструктивном отношении и надежные в работе механические высевающие устройства с вертикатьнымн ячеистыми дисками имеют резерв повышения равномерности посева и увеличения производительное™ посевного агрегата за счет обеспечения рациональных конструктивных и режимных параметров с учетом особенностей физико-механических характеристик семенного материала. ">го позволило разрабо-гать ори1 ннальную конструктивно-технологическую схему и конструкцию механического ячеисто-..искового высевающего устройства применимую для посева

» 1*

амаранта метельчатого, новизна конструкции устройства подтверждена патентом РФ на полезную модель № 61981 и на изобретение № 2347349.

2. В результате теоретических исследований влияния конструктивных и режимных параметров механического ячеисто-дискового высевающего устройства для посева амаранта метельчатого были обоснованы условия западения семян амаранта в ячейку высевающего диска: минимальный ход ячейки под слоем семян! ¿>32,8 мм; критическая частота вращения высевающего диска п" <17 мин"1, при которых будет гарантировано обеспечиваться заполнение ячеек. Получена теоретическая зависимость, описывающая угол установки рабочей поверхности отражателя семян, при котором не происходит защемление второго семени попавшего в ячейку высевающего диска. Получены уравнения, описывающее профиль рабочей грани выталкивателя, при котором будет обеспечиваться выбрасывание семян амаранта метельчатого в борозду без повреждения.

3. В результате проведённых лабораторных исследований были определены количественные значения физико-механических свойств семян амаранта метельчатого сорта «Кинельский 254». Полученные значения размеров и массы семян позволяют отнести их в соответствии с классификацией к мелкосеменным культурам шаровидной формы. Определены и уточнены фрикционные характеристики семян амаранта метельчатого, что позволяет отнести их к материалам с хорошей сыпучестью. Минимальные зшчения усилия .-овреждения семени амаранта метельчатого составляют 19,15... 19,2 Н. Полученные значения использованы при теоретическом обосновании и разработке конструкции высевающего устройства для посева амаранта метельчатого.

В результате проведённого многофакторного эксперимента установлено, что равномерность высева, соответствующая агротехническим требованиям при пунктирном посеве семян, оцениваемая коэффициентом вариации межсеменного расстояния V < 35 %, достигается при значениях угла установки отражателя а < 20°, значениях длины хода ячейки под слоем семян Ь > 40 мм и линейной скорости обода высевающего диска V < 0.15 м/с, что соответствует частоте вращения высевающего диска п < 13 мин"1.

Анализ поверхностей отклика, характеризующих высев семян на липкую ленту, показывает, что наилучшая равномерность распределения семян в рядке достигается при угле установки отражателя семян ср = 15°. Вариация межсеменных интервалов при частоте вращения высевающего диска 5 и 9 мин" входит в агрономические требования к устройствам пунктирного посева (менее 35%) при длине хода ячейки начиная с 16,9 мм и снижается до значения 8... 10% при длине хода ячейки более 32 мм для частоты вращения высевающего диска 17 мин" , а для частот 5 и 9 мин"1 начиная с 20 мм, что позволяет выполнить требования по равномерному посеву амаранта и обеспечить, тем самым необходимую зону питания растений.

В результате обработки результатов исследований и анализа полученных зависимостей установлены конструктивные и режимные параметры высевающего устройства, позволяющие обеспечить усовершенствованный технологический процесс посева амаранта метельчатого, при высеве на липкую ленту, при котором достигается вариация межсеменных интервалов распределения семян в рядке, не превышающая 8... 10%. Для равномерного и точного высева в диапазоне рабочих скоростей сеялок пунктирного посева длина хода ячейки высевающего устройства под

слоем семян должна составлять более 34,5 мм, при постановке угла отражателя семян 15°. Это позволяет выполнить агротехнические требования по равномерности распределения семян в рядке при посеве амаранта, что является основой для получения высокой урожайности. В результате исследований разработаны и усовершенствованы технические средства для оценки показателей (установки для измерения физико-механических свойств семян, стенд для высева на липкую ленту) и для выполнения полевых посевов амаранта метельчатого - комплекты модернизации высевающих устройств к свекловичной сеялке.

4. Многолетние полевые исследования показали возможность повышения качества посева амаранта метельчатого экспериментальной сеялкой с разработанными ячеисто-дисковыми высевающими устройствами. В результате проведенных исследований установлено, что: неравномерность распределения семян и растений в рядке при посеве экспериментальной сеялкой точного высева для семян амаранта составила 22%, растений 24,6%; при посеве контрольной сеялкой СО-4,2 - 65%, растений 72,1% соответственно; количество семян, заделанных в почву в заданном горизонте экспериментальной сеялкой составляет 77,4%, контрольной сеялкой -48,4%. Биологическая урожайность при посеве экспериментальной сеялкой точного высева составила 2,3 т/га зерна, зеленой массы 56,4 т/га, что соответственно в 1,28 и 2,6 раза выше, чем на контрольных посевах.

Применение экспериментальной сеялки, оснащенной секциями с ячеисто-дисковыми высевающими устройствами при посеве амаранта метельчатого' позволяет, за счет повышения урожайности и снижения эксплуатационных затрат на сопоставимый объем годовых работ, получить экономический эффект 13608 руб. на 1 га посевов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Артамонов, Е.И. Результаты стендовых исследований устройства точного высева амаранта метельчатого при посеве на липкую лету / И. Ю. Галенко // Известия Самарская ГСХА.-2013. -№3. С. 13 - 18.

2. Артамонов, Е.И. Перспективы и опыт возделывания амаранта с применением нового высевающего устройства / В.Ф. Казарин, И. Ю. Галеико, Е.И. Артамонов // Известия Самарская ГСХА. - 2013. - № 4.

Патенты РФ

3. Пат. № 61981 Российская Федерация, МПК А01С 7/04. Высевающее устройство / Е.И. Артамонов; заявитель и патентообладатель Е.И. Артамонов - № 2006139918/22; заяв. 10.11.2006; опубл. 27.03.2007, Бюл. №9.

4. Пат. № 2347349 Российская Федерация, МПК АО 1С 7/04 Высевающее устройство / Е.И. Артамонов, В.П. Гниломедов; заявитель и патентообладатель Е.И. Артамонов - № 2006139884/12, заяв. 10.11.2006, опубл. 27.02.2009, Бюл. №6.

Публикации в сборниках научных трудов и материалах конференций

5. Артамонов, Е.И. Разработка устройства точного высева амаранта метельчатого для реализации современных технологий кормопроизводства / Мельников Г.В., Галенко И.Ю., Артамонов Е.И. // Самарская областная молодежная н.т.к., посвященная 70 лет СГАУ: материалы докладов конкурса УМНИК. - Самара, 2012. - С. 157-159.

6. Артамонов, Е.И. Теоретическое обоснование угла установки отсекэтеля ячеи-сто-дискового высевающего аппарата / Артамонов Е.И., Артамонова O.A. // Методология научных исследований: традиции и инновации: материалы II международной научной конференции, г. Санкт-Петербург. - Петрозаводск: Петропресс, 2012. - С. 33-39.

7. Артамонов, Е.И. Теоретическое обоснование параметров выталкивателя семян ячеисто-дискового высевающего аппарата / Артамонов Е.И., Артамонова O.A. // Материа-

лы IV Международной НГТК: Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения. - Ульяновск: ГСХА им. П.А. Столыпина, 2012 — Т. 2.-С. 24-29.

8. Артамонов, Е.И. Амарант на полях Самарской области и проблемы его возделывания / Артамонов Е.И., Галенко И.Ю. // Проблемы эксплуатации и ремонта автотракторной техники: материалы международной НПК, посвященной 100-летию со дня рождения Геннадия Пракофьевича Шаронова. - Саратов, 2012. - С. 21-27.

9. Артамонов, Е.В. Исследование равномерности высева амаранта метельчатого при изменении скорости движения комбинированного агрегата / Гниломедов В.П., Артамонов Е.В. // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. -Самара, 2006. - Вып. 3. - С. 83-85.

10. Артамонов, Е.И. Обоснование сложного комбинированного почвообрабаты-вшоще-посевного агрегата для возделывания мелкосеменных культур / Гниломедов В.П., Артамонов Е.И. / Актуальные проблемы сельскохозяйствешюй науки и образования: сб. науч. тр. междунар. НПК - Самара, 2005. - Вып. 3. - С. 120-124.

11. Артамонов, Е.В. Некоторые проблемы технологии возделывания амаранта метельчатого в Среднем Поволжье / Гниломедов В.П., Артамонов Е.В. // Актуальные инженерные проблемы АПК в XXI веке: сборник научных трудов инженерной секции Международной НПК, посвященной 85-летию Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - Самара, 2004,-С. 149-154.

12. Гниломедов, В.П. Изучение нетрадиционных для юго-востока России масло несущих растешу разработка технологии их возделывания.и анализ свойств многоцелевой продукции из них / В.П. Гниломедов, В.В. Глуховцев, В.Ф.Казарин, Г.П. Савинов, М.О. Кирсанова, Е.И.Артамонов // Сборник II Российской НПК. «Актуальные проблемы инновации с нетрадиционными растительными ресурсами и создание функциональных продуктов»,- Москва, 2003.-С. 123-125.

13. Гниломедов, В.П. Изучение нетрадиционных для юго-востока России масло несущих растений, разработка технологии их возделывания и анализ свойств многоцелевой продукции из них / В.П. Гниломедов, В.В. Глуховцев, В.Ф.Казарин, Г.П. Савинов, М.О. Кирсанова, Е.И.Артамонов // Тез. докл. II Российской НПК. «Актуальные проблемы инновации с нетрадиционными растительными ресурсами и создание функциональных продуктов».- Москва, 2003.-С. 47.

Подписано в печать 03.10.2013г. Объем 1,0 усл. пл.Тираж 100 экз. Заказ № Свидетельство №5551 Отпечатано с готового оришнал-макета в мини-типографии. 440600, г. Пенза, ул. Московская, 74 20

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Самарская государственная сельскохозяйственная академия»

На правах.рукописи

04201365884 $

Артамонов Евгений Иванович

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОСЕВА СЕМЯН АМАРАНТА МЕТЕЛЬЧАТОГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации

сельского хозяйства

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Галенко И.Ю.

Пенза 2013

РЕФЕРАТ

Диссертационная работа состоит из 178 страниц машинописного текста, включает 48 рисунков, 14 таблиц, 5 приложений и содержит 107 литературных источников, в том числе 7 на иностранных языках.

Ключевые слова: качество посева, амарант метельчатый, механическое яче-исто-дисковое высевающее устройство, конструктивные и режимные параметры, экспериментальная сеялка, равномерность высева.

Объектом исследований является технологический процесс посева семян амаранта метельчатого механическим ячеисто-дисковым высевающим устройством на базе свекловичной сеялки.

Цель настоящей работы: повышение качества посева семян амаранта метельчатого совершенствованием технических средств и технологического процесса.

На основании анализа устройств точного высева разработано механическое ячеисто-дисковое высевающее устройство пунктирного посева семян амаранта метельчатого. Новизна конструкции разработанного высевающего устройства подтверждена патентом РФ на изобретение № 2347349 и патентом на полезную модель № 61981.

Представлены теоретические исследования, позволяющие обосновать основные конструктивные и режимные параметры механического ячеисто-дискового высевающее устройства и выяснить их влияние на качественные показатели посева.

Изложены основные методические приемы, используемые при лабораторных и полевых исследованиях, и приведены результаты экспериментов по определению качественных показателей работы механического ячеисто-дискового высевающего устройства.

На основании результатов лабораторно-полевых исследований качества посева экспериментальной сеялкой, оснащенной секциями с механическими ячеи-сто-дисковыми высевающими устройствами, определены технико-экономические показатели ее использования на производственных посевах амаранта метельчатого.

СОДЕРЖАНИЕ

РЕФЕРАТ...........................................................................................2

СОДЕРЖАНИЕ....................................................................................3

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................7

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ................13

1.1 Амарант метельчатый - перспективная сельскохозяйственная

культура........................................................................................13

1.2 Особенности технологического процесса посева амаранта метельчатого..........................................................................................................16

1.3 Анализ конструкций устройств и способов, применимых для посева амаранта метельчатого...........................................................................18

1.4 Цель и задачи исследований............................................................38

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЧЕСКОГО ЯЧЕИСТО-ДИСКОВ ОГО ВЫСЕВАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОСЕВА АМАРАНТА МЕТЕЛЬЧАТОГО............40

2.1 Разработка конструктивно-технологической схемы механического ячеисто-дискового высевающего устройства......................................................40

2.2 Теоретическое обоснование условий западения семян в ячейку высевающего диска..............................................................................................42

2.2.1 Определение параметров ячейки высевающего диска........................42

2.2.2 Определение необходимого пути хода ячейки высевающего диска под слоем семян....................................................................................45

2.2.3 Определение скорости движения семян относительно ячеистого высевающего диска...................................................................................50

2.3 Теоретическое обоснование параметров отражателя семян ячеисто-дискового высевающего устройства......................................................55

2.4 Теоретическое обоснование параметров выталкивателя семян ячеисто-дискового высевающего устройства......................................................62

2.5 Выводы....................................................................................68

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ..69

3.1 Программа экспериментальных исследований....................................69

3.2 Лабораторные исследования..........................................................71

3.2.1 Методики определения физико-механических свойств семян амаранта метельчатого сорта «Кинельский 254»................................................71

3.2.1.1 Исследование размерных характеристик..................................71

3.2.1.2 Объемная масса семян..........................................................72

3.2.1.3 Определение угла естественного откоса семян...........................73

3.2.1.4 Методика определения коэффициентов трения семени по различным поверхностям.................:............................................................75

3.2.1.5 Методика определения усилия повреждения семени амаранта метельчатого..............................................................................78

3.2.2 Методики исследования влияния режимных и конструктивных параметров ячеисто-дискового высевающего устройства на качественные показатели посева.........................................................................................80

3.2.2.1 Лабораторное оборудование для исследования влияния режимных и конструктивных параметров на вариацию межсеменных интервалов..............................................................................................80

3.2.2.2 Методика определения влияния конструктивных и режимных параметров механического ячеисто-дискового высевающего устройства на вариацию межсеменнныйх интервалов........................................................82

3.2.2.3 Методика определения рациональных конструктивных и режимных параметров высевающего устройства....................................................86

3.2.2.4 Методика определения повреждаемости семян амаранта метельчатого при работе ячеисто-дискового высевающего устройства............................91

3.3 Методики полевых исследований......................................................93

3.3.1 Устройство и технологический процесс работы экспериментальной сеялки для посева амаранта метельчатого...................................................93

3.3.2 Методика определения равномерности распределения семян и растений в рядке...........................................................................................95

3.3.3 Исследование глубины заделки семян...........................................97

3.3.4 Методика определения неустойчивости высева...............................98

3.3.5 Методика определения урожая с экспериментальных посевов..............99

4 РЕЗУЛЬТАТЫ И АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ... 101

4.1 Результаты лабораторных исследований..........................................101

4.1.1 Результаты исследований физико-механических свойств семян амаранта метельчатого «Кинельский 254»........................................................101

4.1.2 Результаты исследования влияния конструктивных и режимных параметров высевающего устройства на неравномерность продольного высева.............................................................................................105

4.1.3 Результаты определения рациональных конструктивных и режимных параметров ячеисто-дискового высевающего устройства влияющих на неравномерность продольного высева................................................110

4.1.4 Результаты исследований повреждения семян амаранта метельчатого ячеисто-дисковым высевающим устройством....................................113

4.2 Результаты полевых исследований..................................................114

4.2.1 Равномерность распределения семян и растений в рядке.................114

4.2.2 Глубина заделки семян...........................................................116

4.2.3. Неустойчивость высева семян амаранта метельчатого экспериментальной сеялкой оснащенной секциями с ячеисто-дисковыми высевающими устройствами...................................................................117

4.2.4 Анализ урожайности с экспериментальных полевых

посевов........................................................................................118

4.3 Выводы....................................................................................121

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ СЕЯЛКИ С МЕХАНИЧЕСКИМИ ЯЧЕИСТО-ДИСКОВЫМИ ВЫСЕВАЮЩИМИ УСТРОЙСТВАМИ ТОЧНОГО

ПОСЕВА................................................................................................................123

5.1. Расчет балансовой стоимости экспериментальной сеялки.......................123

5.2 Экономическая эффективность от повышения качества посева..............126

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ............................................................................132

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................136

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................147

Приложение А..............................................................................148

Приложение Б..............................................................................155

Приложение В..............................................................................161

Приложение Г..............................................................................168

Приложение Д..............................................................................169

ВВЕДЕНИЕ

Развитие животноводства в Поволжском регионе ставит вопрос о необходимости увеличения производства и применения высокоэффективных кормов. Одной из перспективных кормовых культур, обладающих высокой урожайностью и питательной ценностью, является амарант метельчатый, интерес к которому вырос в последние годы. ГНУ НИИС им. Константинова Самарской области проводит селекционные исследования его воспроизводству. Лицензирован сорт амаранта «Кинельский 254», проводится работа по созданию новых сортов кормового и зернового направления [42].

Одним из главных условий, позволяющих обеспечить достижение высокой планируемой урожайности амаранта, является его точный посев с заданным межсеменным интервалом. Равномерное распределение растений необходимо в связи с высокими требованиями к зоне питания. В то же время анализ существующей агропрактики и конструкций современных высевающих устройств показывает, что они не позволяют полностью выполнить агротребования по точности распределения семян в рядке при посеве амаранта, ввиду особо малых размеров семян и особенностей их физико-механических свойств [42].

Большой вклад в совершенствование конструкций высевающих устройств внесли ученые Г.М Бузенков, Ю.Д. Видинеев, В.П. Горячкин, Ф.В. Грищенко, С.А. Ивженко, C.B. Кардашевский, А.Н. Карпенко, П.А. Емельянов, Н.П. Крючин, Н.П. Ларюшин, К.З. Кухмазов, А.Б. Лурье, Н.И. Любушко, С.П. Мухин, Б.Г. Турбин и др., однако вопросы посева амаранта изучены недостаточно.

В связи с этим создание высевающего устройства позволяющего производить точный посев амаранта метельчатого согласно агрономических требований является актуальной научной и производственной проблемой.

Степень разработанности темы. Уточнена классификация высевающих устройств, способных производить посев мелкосемянных с.-х. культур, выявлены их недостатки: катушечные типы устройств высевают неравномерно, порциями; пневматические устройства имеют низкую равномерность, забиваются пылью; все

остальные типы высевают с большими отклонениями от требуемых для амаранта агротехнических показателей посева. Уточнены физико-механические свойства семян амаранта метельчатого сорта «Кинельский 254», разработана конструктивно-технологическая схема механического ячеисто-дискового высевающего устройства, теоретически обоснованы закономерности, характеризующие влияние режимных и конструктивных параметров на рабочий процесс механического яче-исто-дискового высевающего устройства, проведена экспериментальная проверка работы механического ячеисто-дискового высевающего устройства в лабораторных и полевых условиях на свекловичной сеялке.

Работа проводилась по плану НИОКР ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА по направлению 02.01.03 «Разработать комплекс приоритетной почвообрабатывающей и посевной техники высокого уровня с оптимальным набором сменных рабочих органов, адаптивных к различным почвенным условиям», согласно теме «Совершенствование технологических процессов и рабочих органов посевных машин и комбинированных агрегатов, обеспечивающих энерго-ресурсосбережение при возделывании с.-х. и лесных культур».

Цель работы. Повышение качества посева семян амаранта метельчатого совершенствованием технических средств и технологического процесса.

Задачи исследований:

1. Разработать конструктивно-технологическую схему и конструкцию механического ячеисто-дискового высевающего устройства на базе свекловичной сеялки для посева амаранта метельчатого.

2. Выполнить теоретические исследования по оценке влияния конструктивных и режимных параметров механического ячеисто-дискового высевающего устройства для посева амаранта метельчатого на вариацию межсеменных интервалов.

3. Исследовать в лабораторных условиях физико-механические свойства семени амаранта метельчатого для создания механического ячеисто-дискового высевающего устройства и оценить влияние конструктивных и режимных параметров на качественные показатели посева.

4. Провести полевые исследования экспериментальной сеялки с рабочими секциями, оснащенными механическими ячеисто-дисковыми высевающими устройствами для посева амаранта метельчатого и оценить экономическую эффективность от повышения качества посева.

Объект исследований. Технологический процесс посева семян амаранта метельчатого механическим ячеисто-дисковым высевающим устройством на базе свекловичной сеялки.

Предмет исследований. Конструктивные и режимные параметры механического ячеисто-дискового высевающего устройства для посева семян амаранта метельчатого «Кинельский 254», показатели качества посева.

Научную новизну представляют:

- конструкция механического ячеисто-дискового высевающего устройства точного высева;

- аналитическое выражение зависимости критической скорости движения семян амаранта относительно вертикального высевающего диска;

- теоретическая зависимость, описывающая угол установки отражателя семян, при котором не происходит защемление второго семени, попавшего в ячейку высевающего диска;

- уравнение, определяющее профиль рабочей грани выталкивателя семян высевающего устройства;

- экспериментальные зависимости вариации распределения семян амаранта метельчатого в рядке от конструктивных и режимных параметров высевающего устройства.

Новизна технического решения подтверждена патентом РФ на изобретение № 2347349 [74] и на полезную модель № 61981 «Высевающее устройство» [75].

Теоретическая и практическая ценность работы. Результаты научных исследований послужили основой для разработки механической сеялки точного высева для мелкосеменной культуры амаранта метельчатого сорта «Кинельский 254». Использование сеялки с механическим ячеисто-дисковым высевающим устройством для посева амаранта метельчатого позволило получить, за счет рав-

номерного посева и распределения семян в рядке на полях размножения ГНУ Поволжский НИИСС им. П.Н. Константинова, повышение урожайности культуры на зерно и зеленную массу в среднем за пять лет по зерну на 24...35% и более чем в два раза соответственно.

Методология и методы исследования. Теоретические исследования выполнялись с использованием основных положений, законов, методов классической механики и математики.

Экспериментальная проверка теоретических исследований проводилась в лабораторных и производственных условиях на основе общепринятых методик в соответствии с действующими ГОСТ, ОСТ, а также с использованием теории планирования многофакторного эксперимента, метода сравнительных исследований сеялок, оснащенных катушечными высевающими устройствами (контрольная сеялка) и ячейко-дисковыми высевающими устройствами (экспериментальная сеялка). Основные расчеты и обработка результатов экспериментов выполнялась на ЭВМ с использованием стандартных пакетов программ MathCAD, Excel, и Statis-tica.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

1. Конструктивно-технологическая схема и конструкция механического ячеисто-дискового высевающего устройства для точного посева амаранта метельчатого.

2. Аналитические зависимости критической скорости движения семян амаранта относительно вертикального высевающего диска; угла установки отражателя, при котором не происходит защемление второго семени попавшего в ячейку высевающего диска, а также уравнения определяющие профиль рабочей грани выталкивателя высевающего устройства.

3. Рациональные значения конструктивных и режимных параметров ячеи-сто-дискового высевающего устройства точного посева, обеспечивающие наилучшую равномерность высева семян амаранта метельчатого.

4. Экспериментальные зависимости неравномерности высева семян от конструктивных и технологических параметров механического ячеисто-дискового высевающего устройства.

5. Показатели качества посева семян амаранта метельчатого на полях размножения и сортоиспытания.

Реализация результатов исследований. Предложенное механическое яче-исто-дисковое высевающее устройство установлено на модернизированную свеклови�