автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение качества посева семян мелкосеменных культур разработкой и применением высевающего аппарата сеялки

На правах рукописи

БЫЧКОВ ИЛЬЯ ВЛАДИМИРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОСЕВА СЕМЯН МЕЛКОСЕМЕННЫХ КУЛЬТУР РАЗРАБОТКОЙ И ПРИМЕНЕНИЕМ ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА СЕЯЛКИ

Специальность 05.20.01 - технологии и средства

механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 ОКТ 2013

Пенза-2013

005533950

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

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Ларюшин Николай Петрович

Официальные оппоненты: Кшникаткин Сергей Алексеевич

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия», профессор кафедры «Основы конструирования механизмов и машин»

Вдовкии Сергей Владимирович

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия», доцент кафедры «Механика и инженерная графика»

Ведущая организация Федеральное государственное бюджетное

учреждение «Поволжская государственная зональная машиноиспытательная станция» (п. Усть-Кинельский Самарской области)

Защита состоится 17 октября 2013 года в 13— часов на заседании диссертационного совета Д 220.053.02 на базе ФГБОУ ВПО ((Пензенская ГСХА» по адресу: 440014, г. Пенза, ул. Ботаническая, 30, ПГСХА, ауд. 1246.

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

Автореферат разослан 13 сентября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Кухареп О.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Надежная и сбалансированная кормовая база является залогом успешного животноводства, она не может существовать без использования высокобелковых мелкосеменных культур (клевер, козлятник, люцерна и др.). К мелкосеменным культурам относится большинство многолетних и однолетних трав. В настоящее врем в России животноводство обеспечено кормами не в полной мере ввиду низкого качества посева.

Посев семян мелкосеменных культур является одной из самых важных операций в современной технологии получения стабильных урожаев зелёного корма и качественных семян. Применение посевных машин с существующими высевающими аппаратами для посева семян мелкосеменных культур приводит к повышенному расходу семян при их неудовлетворительной равномерности распределения, по длине рядка и высокому травмированию, что ведёт к снижению урожайности.

Поэтому работа, посвященная повышению качества посева семян мелкосеменных культур разработкой и применением высевающего аппарата сеялки, является актуальной и имеет важное экономическое и хозяйственное значение для АПК России.

Степень разработанности темы. В настоящее время разработаны высевающие аппараты' для высева мелкосеменных культур различных конструкций и типов.

Существующие конструкции катушечных высевающих аппаратов с прямыми желобками и различные приспособления к ним для посева семян мелкосеменных культур имеют такие недостатки, как неравномерность высева по длине рядка, неустойчивая норма высева, повышенный расход семян.

Катушечные высевающие аппараты с винтовыми желобками также не лишены недостатков. При посеве наблюдается незначительная пульсация, что особенно сказывается на равномерности посева мелкосеменных культур. Кроме того, при работе высевающего аппарата из-за смещения семенного материала винтовыми желобками к боковине семенной коробки происходит травмирование семян.

Катушечные высевающие аппараты с разновеликими желобками имеют следующий основной недостаток: когда мелкие семена попадают в крупные желобки, то наблюдается неравномерность посева и увеличение расхода семян.

Катушечный высевающий аппарат с шевронным расположением желобков способен высевать большое количество разных культур, при этом минимально травмировать семена, но, как и все катушечные аппараты, обладает недостатком - неравномерностью посева семян и невозможностью точной установки малых норм высева.

Шнековый высевающий аппарат при работе обеспечивает необходимую равномерность дозирования семян, при этом он применим при посеве различных культур. Недостатком данного высевающего аппарата является высокое травмирование посевного материала и достаточно сложная конструкция.

Из анализа приведённых данных по применению.различных типов высевающих аппаратов молено сделать вывод о широком применении катушечных высевающих аппаратов для посева семян мелкосеменных культур, однако следует отметить, что они имеют общий существенный недостаток и не в полной мере обеспечивают выполнение агротехнических требований, а именно: эти высевающие аппараты дают неудовлетворительную равномерность распределения семян по длине рядка. Поэтому данный вопрос требует дальнейших теоретических обоснований и новых конструкторских решений.

Работа выполнена по плану НИОКР ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (тема № 11 «Разработка рабочих органов машин для ресурсосберегающих технологий производ-

ства сельскохозяйственных культур») и инновационного проекта на конкурсе «У.М.Н.И.К.» (г. Пенза, 2012 г.) по теме «Разработка новых рабочих органов сеялок для посева мелкосеменных культур».

Цель работы - повышение качества посева семян мелкосеменных культур разработкой и применением высевающего аппарата сеялки, позволяющего улучшить равномерность распределения семян мелкосеменных культур по длине рядка.

Задачи исследований:

1. Обосновать конструктивно-технологическую схему высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур с учётом их физико-механических свойств.

2. Теоретически обосновать конструктивные и режимные параметры высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур.

3. Разработать и изготовить опытно-конструкторский образец высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур, провести лабораторные исследования по определению его оптимальных конструктивно-режимных параметров.

4. Выполнить исследования сеялки с экспериментальными высевающими аппаратами для посева семян мелкосеменных культур в лабораторно-полевых и производственных условиях, определить технико-экономическую эффективность применения результатов исследования в производстве.

Объект исследования - технологический процесс посева семян мелкосеменных культур высевающим аппаратом с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем.

Предмет исследования - конструктивные и режимные параметры высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур, оценочные показатели качества их посева.

Научная новизна:

- теоретическое обоснование процесса посева семян мелкосеменных культур высевающим аппаратом с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем;

- конструктивная схема и конструкция высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур;

- оптимальные конструктивные и режимные параметры высевающего аппарата в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур;

- оценочные показатели посева семян мелкосеменных культур.

Новизна технического решения подтверждена патентом РФ на изобретение № 2468561 «Катушечный высевающий аппарат для высева мелкосеменных культур».

Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты научных исследований послужили основой для разработки высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур. Использование высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем позволяет повысить равномерность распределения семян мелкосеменных культур по длине рядка до 80 %, увеличить урожайность зелёной массы до 25% и семян до 22%. Сеялка с экспериментальными высевающими аппаратами для посева семян мелкосеменных культур внедрена в ЗАО «Петровский хлеб» Пензенской области.

Методология и методы исследования. В работе использовались теоретические и экспериментальные методы, а именно: метод сравнения, моделирования., наблюдения, эксперимент. Теоретические исследования выполнены с использованием

основных положений, законов и методов классической механики и математики.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных, полевых и производственных условиях на основе общепринятых методик в соответствии с действующими отраслевыми стандартами, а также разработанных частных методик исследований. Основные расчеты и обработка результатов экспериментов выполнялись на ПЭВМ с использованием стандартных компьютерных программ MathCAD, Microsoft Excel и Statistica 7.0 RUS,

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

1. Конструкция высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур.

2. Теоретическое обоснование процесса посева высевающим аппаратом с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем.

3. Оптимальные конструктивные и режимные параметры высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур (частота вращения шайбы с мелкозубчатым профилем, угол наклона граней ячейки шайбы с мелкозубчатым профилем, диаметр ячейки шайбы с мелкозубчатым профилем).

Степень достоверности и апробация результатов. Степень достоверности теоретических и экспериментальных данных обеспечена аргументированным обоснованием выводов, подтверждённых теоретическими и экспериментальными исследованиями, и практической реализацией разработки в лабораторных, лабораторно-полевых и производственных условиях.

Разработанный и изготовленный высевающий аппарат с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева мелкосеменных культур внедрён в ЗАО «Петровский хлеб» Пензенской области и ООО «КЗТМ» т. Кузнецка Пензенской области к серийному производству.

Основные научные положения, выводы и практические рекомендации диссертации доложены и одобрены на:

- научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2011 -2013 гг.);

- международной конференции, посвященной 105-летию со дня рождения профессора Красникова Владимира Васильевича, «Новые технологии и технические средства в АПК» ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ имени Н.И. Вавилова» (2013 г.);

- международной научно-практической конференции молодых учёных, аспирантов, магистров и студентов «Вклад молодых учёных в аграрную науку» ФГБОУ ВПО «Самарская ГСХА» (2013 г.);

- в отчётах на выполнение НИОКР по программе «У.М.Н.И.К.» (г. Пенза, 2012 г).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 14 работ, в т.ч. 3

статьи в изданиях, указанных в «Перечне ... ВАК», получен патент на изобретение, без соавторов опубликовано 4 статьи. Общий объем публикаций составляет 2,55 п.л., из которых 1,31 п.л. принадлежит автору.

Структура и объём диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 108 наименований и приложения на 26 с. Работа изложена на 144 е., содержит 48 рис. и 17 табл.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первом разделе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследований» проведен анализ существующих способов и средств посева семян мелкосеменных культур также на основе анализа научных работ сформулирована проблема. Отмечено что высевающии аппарат с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем является наиболее перспективным среди высевающих аппаратов данного типа. В данном разделе представлена классификация высевающих аппаратов для высева семян мелкосеменных культур.

Б развитие посевных машин и в частности высевающих аппаратов большой вклад внесли такие ученые, как Василенко П.М., Вдовкин C.B., Горячкин В П Ив-женко С.А Кардашевский C.B., Карпенко А.Н., Клёшш Н.И., Крючин Н.П Ларю-

НЛ Лобачевский ПЛ., Любушко Н.И., М.В., Ma С.А., Петров A.M., Сабликов М.В., Сафонов C.B., Семёнов А.Н. и другие. Однако установлено, что проблема применения высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем в настоящее время недостаточно изучена.

Изучены физико-механические свойства семян козлятника восточного сорта 1 але и клевера красного сорта Присурский, получены данные (размерные характеристики, фрикционные свойства семян мелкосеменных культур), необходимые дляраз-раоотки и обоснования конструкции высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем.

Основные физико-механические свойства семян мелкосеменных культур определялись согласно действующим методикам и ГОСТам:

поГОСТ 18681-73 и ГОСТ 13496.0-80 - отбор проб;

• поГОСТ 12042-80 -размерно-массовые характеристики;

• по методике Р.Л. Зенкова - коэффициент трения семян о различные поверхности.

Изучение размеров семян, их геометрической формы и структуры их поверхности

позволяет определить характер взаимодействия единичного зерна с поверхностями высевающего аппарата и уточнить параметры конструкции высевающего аппарата, которые более полно отвечают требованиям равномерного их высева.

Анализ полученных данных показывает, что значения размеров семян козлятника восточного сорта Гале и клевера красного сорта Присурский изменяются в пределах: длина- 1,7... 4,1 мм, ширина- 1,2...2,3 мм, толщина - 0,7... 1,7 мм. Коэффициент статического трения (Кс) по поливинилхлориду (ПВХ) листовому составил у козлятника восточного сорта Гале 0,3643, клевера красного сорта Присурский 0,1763. Коэффициент внутреннего трения (Квн) соответственно составил 0,66 и 0,63. Отсюда следует, что в дальнейшем целесообразно проводить определение оптимальных параметров высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем на данных сортах мелкосеменных культур.

На основе анализа литературной и патентной информации в работе поставлены цель и задачи исследований.

Во втором разделе «Теоретические исследования технологического процесса работы высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для высева семян мелкосеменных культур» предложена конструкция высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем (рисунок 1), который состоит из корпуса 4 с установленными в нём на приводном валу 5 муфтой 3, желобчатой катушкой 1 и шайбой с мелкозубчатым профилем 2, находящейся между желобчатой катушкой 1 и муфтой 3.

Мелкозубчатый профиль шайбы 2 образован ячейками 9, каждая из которых имеет переднюю плоскую грань 10, наклоненную под углом а к плоскости после-

6

дующей задней грани 11, и заднюю грань 11, выполненную в виде углубления со сферической поверхностью в виде шара. Зубья шайбы 2 с мелкозубчатым профилем помещены в шину 7 прямоугольного сечения, при этом шина 7 перекрывает шайбу 2 с мелкозубчатым профилем на угол 180° относительно центра шайбы 2 с мелкозубчатым профилем. На конце шины 7 закреплён щиток 8. В начале шины 7 установлена щётка 12. Свободные концы ворсинок щётки 12 направлены к центру шайбы 2 с мелкозубчатым профилем. Шина 7 установлена неподвижно относительно шайбы 2 с мелкозубчатым профилем. Шайба 2 с мелкозубчатым профилем соединена с желобчатой катушкой 1 посредством цилиндрического штифта. Штифт передает крутящий момент от желобчатой катушки 1 на шайбу 2 с мелкозубчатым профилем.

менных культур: 1 — желобчатая катушка; 2 - шайба с мелкозубчатым профилем; 3 - муфта; 4 - корпус; 5 - приводной вал; 6 - донщ; 7 - шина; 8 - щиток; 9 - ячейка;

10 - передняя грань ячейки; 11 — задняя грань ячейки; 12-щётка

Катушечный высевающий аппарат для высева мелкосеменных культур работает следующим образом: перед заполнением семенных ящиков семенами мелкосеменных культур желобчатые катушки 1 полностью выдвигают из корпусов 4 высевающих аппаратов (рисунок 1). В приводе вала 5 устанавливают требуемое передаточное отношение. При вращении приводного вала 2 получает вращение желобчатая катушка 1. От желобчатой катушки 1 посредством штифта получает вращение с заданной частотой шайба 2 с мелкозубчатым профилем. При заполненном бункере семена из семенного ящика самотёком поступают в корпус 4 высевающего аппарата и заполняют пространство вокруг муфты 3, шины 7 и шайбы 2 с мелкозубчатым профилем. При вращении шайбы 2 с мелкозубчатым профилем семена в верхней части шайбы 2 с мелкозубчатым профилем западают в ячейки 9 и увлекаются к началу шины 7. Лишние семена из ячейки 9 шайбы 2 с мелкозубчатым профилем перед входом в шину 7 счищаются щёткой 12, установленной в начале шины 7, обеспечивая тем самым устойчивую норму высева и отсутствие травмирования семян. Преждевременное выпадение семян из ячеек 9 при вращении шайбы 2 с мелкозубчатым профилем в шине 7 с запавшими в ячейки 9 семенами исключает шина 7 прямоугольного сечения. Выпадение семян из ячеек 9 шайбы 2 с мелкозубчатым профилем в воронку семяпровода происходит в конце шины 7. Семена, расположенные по окружности основания шины 7, от начала шины 7 и до её конца не выпадают самотёком из корпуса 4 высевающего аппарата в зазор между шиной 7 и донцем 6 высевающего аппарата благодаря

установке щитка 8, закреплённого на конце шины 7. При этом зазор между донцем 6 и муфтой 3 минимальный.

Для выполнения поштучного отбора семян мелкосеменных культур ячейками шайбы с мелкозубчатым профилем необходимо удовлетворять следующие условия:

1) попавшие семена не должны выступать за пределы ячейки, чтобы исключить их травмирование;

2) попавшие семена в ячейки шайбы с мелкозубчатым профилем должны располагаться в ячейке таким образом, чтобы не создавались условия для попадания в них лишних семян.

Для создания поштучного отбора и минимального травмирования нужно, чтобы семя находилось строго в пределах ячейки шайбы с мелкозубчатым профилем (рисунок 2).

Рисунок 2 - Схема шайбы с мелкозубчатым профилем: 1 - шайба с мелкозубчатым профилем; 2 - ячейка; 3 - задняя грань ячейки; 4 - передняя грань ячейки; 5 -

Для того чтобы семена попадали в ячейки шайбы с мелкозубчатым профилем, необходимо условие:

Ь>с1с, (1)

где Ь - расстояние между вершинами наклонных граней ячейки, мм; 4 - диаметр семени, мм.

Рисунок 3 - Схема к расчёту угла а наклона граней ячейки шайбы с мелкозубчатым профилем

сунок ^аЙДЕМ УГ°Л а наю10на граней ячейки шайбы с мелкозубчатым профилем (ри-

Обозначим: СС - угол наклона плоскости, град., Р - вес семени, г, Л — радиус семени, мм, N - реакция опоры, Ртр - наименьшая сила трения, при которой возможно движение, Н. Направим ось ОХ вдоль наклонной плоскости грани ячейки, ось ОУ перпендикулярно к ней.

Суммы проекций сил (рисунок 3) на оси хну будут равны:

т<*сх (2)

тасу =]ГГ;Г . (3)

Так как вдоль оси О У центр масс семени не перемещается, то асг = 0 и, согласно уравнению (3), сумма проекций всех сил на эту ось также равна нулю:

Усг- = 2>с(^/). (4)

Найдём реакцию И:

N = Р соб а . (5)

При составлении уравнений (2) и (4) учитывали равенство асх = ас. Пренебрегая сопротивлением качения семени и считая положительным направлением момента силы направление в сторону вращения семени, найдем

тас = Рэт а - Ртр . (б)

Решая уравнение (4), найдём

^ = (7)

где □ - угловое ускорение семени, с"2, - момент инерции семени, кг м2.

Уравнения (6) и (7) содержат три неизвестных - ас, е и Р. В них нельзя считать Ртр=№, так как это равенство имеет место, когда точка касания скользит вдоль плоскости, а при отсутствии скольжения

(8)

где/- коэффициент трения.

Дополнительную зависимость между неизвестными величинами найдем с учётом равенства Ус = алй . После дифференцирования этого равенства получим ас=еК.

Тогда уравнение (7), если учесть, что для сплошного цилиндра/ =—тЯг> примет вад

2

\>™с=Р„р. (9)

Подставляя значение Ртр в уравнение (б), получим

2 .

ac=-gs,lría. (10)

Решая уравнение (9), находим

Р

(11)

Такая сила трения должна действовать на катящееся семя, чтобы оно катилось

без скольжения. Подставляя в уравнение (8) уравнение (11) и уравнение (5), найдём

р

—5иш<_/Рсоза, (12)

или

/ £ \tga.

(13)

Из выражения (13) найдем угол наклона граней ячейки шайбы с мелкозубчатым профилем:

3/>/&а, (14)

отсюда

а — агсщ 3/ . (15)

Определим траекторию движения семени, вылетевшего под углом ¡3 к горизонтали с начальной скоростью У0, пренебрегая сопротивлением воздуха и принимая семя за материальную точку (рисунок 4).

Возьмём начало координат в точке О вылета семени, направив ось х по горизонтали вправо, а ось у - вверх по вертикали.

Рисунок 4 - Схема к расчёту траектории движения семени на выходе из высевающего аппарата

Согласно выбранной схеме получим начальные условия движения:

при ¿ = 0; х„ =0;у0=0;х0=У0,=УасО5/3; у0 = У0у = У0 бш/? .

Составим дифференциальные уравнения движения семени под действием постоянной силы тяжести в в прямоугольной системе координат:

тх = ^Х, = 0

{ту = ^Г,=-0 = -т8 ' (16)

где т - масса семени, г.

Определим проекции ускорения точки из этих уравнений: х = 0, y = -g. После

двукратного интегрирования по г дифференциального уравнения движения тела вдоль оси х получим

* = с,, (17)

= С,г+С,.

(18)

Постоянную интегрирования С, определяем подстановкой в уравнение (17) проекции начальной скорости х0 = У„ cos р получим С, = У0 cos /?.

При подстановке в уравнение (18) Г = 0, х0 = 0 получим С2=0. При найденных значениях С, и С2 уравнения (17) и (18) примут вид

x = K0cos /3, (19)

ю

x = Vct cos/?. (20)

Эти уравнения показывают, что проекция скорости семени на горизонтальную ось постоянна и горизонтальное перемещение семени совершается по закону равномерного движения со скоростью V0 cos/?, т. е. по инерции.

Проинтегрируем дважды по t дифференциальное уравнение у = -g :

y = -gt + C3, (21)

t2

y = -g- + C,t + Ct. (22)

Значение C3 по начальным условиям определим подстановкой в уравнение (21) i = 0; У0 = f'o sin/?, тогда С3 = K0sin/J.

Подставляя значение С, в уравнение (22) при t = 0 и = 0, получим Q = 0.

При найденных значениях С3 и С4 уравнения (21) и (22) примут вид

¿ = sin(23) t2

y = V,ts,\xip-g—. (24)

Уравнения (23, 24) показывают, что вертикальное движение семени является равнопеременным. При подъеме оно замедленное, так как направления вертикальной составляющей скорости и ускорения силы тяжести противоположны, а при спуске -ускоренное, так как эти направления совпадают.

Исключив время t из уравнений движения семени(20, 24), получим

x = K0cos/?, (25)

о 0111Р - S

отсюда уравнение траектории примет вид

y = V0smj3-^, (26)

Траектория представляет собой параболу с вертикальной осью и вершиной в наивысшей точке.

Определим скорость движения семени по траектории способом проекций:

У = ^Г+К = л/fa eosРУ+ (V0 sin/З-gtf . (28)

Уравнение (28) показывает, что движение, полученное сложением равномерного горизонтального и равнопеременного вертикального движений, не является равнопеременным.

Определим дальность и продолжительность полета семени. В точке М2 (рисунок 4) падения семени у2 = 0. Продолжительность полета определим из (24) уравнения при у = 0 :

t2

V0tsm/3~g— = 0. (29)

Отсюда момент вылета /, = 0и момент падения t2 = 2V0 sm/? .

g

Дальность полета определим, подставив значение в уравнение (24): т sin/? V.

L = x2 = V0cos/12V0 —tL = ° (30)

g g sm2/?

Уравнение (30) показывает, что дальность полета семени при одной и той же

п

скорости вылета семени Уд зависит от угла /?. Очевидно, что наибольшая дальность полета наблюдается при эт2/? = 1, т. е. при /? =45°.

Наибольшую высоту подъема семени Н находим из уравнения (23) при заданной начальной скорости У0 и угле /?, при условии, что в наивысшей точке М! проекция скорости на вертикальную ось равна нулю:

ш/?-г/,=о, (31)

откуда

(32)

ё

Подставляем значение ^ в уравнение (31) получим

Н = У>=У^. (33)

Результаты расчётов параметров по формулам (15), (30), (33) представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты расчётов параметров а, Ь, Н

Название параметра Величина параметра

Угол наклона граней ячейки а, град. 55,2

Наибольшая высота подъёма семени Н, м 0,0013

Дальность полёта семени Ь, м 0,0033

Теоретическими исследованиями установлены аналитические зависимости для определения: угла наклона граней ячейки шайбы с мелкозубчатым профилем (15), необходимого для обеспечения нормального технологического процесса работы высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем; уравнения траектории полета семени (27) на выходе из высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем, уравнения дальности полёта семени (30), уравнения схорости движения семени (28), уравнения наибольшей высоты подъёма семени (33),

В третьем разделе «Лабораторные исследования высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для высева семян мелкосеменных культур» изложены программа и методика проведения исследований по определению конструктивных и режимных параметров высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем (частота вращения шайбы с мелкозубчатым профилем, угол наклона граней ячейки шайбы с мелкозубчатым профилем, диаметр ячейки шайбы с мелкозубчатым профилем), приведено описание экспериментальной установки.

Программа исследований включала: лабораторные исследования высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем на почвенном канале с применением экспериментальной установки.

Методика экспериментальных исследований:

Лабораторные исследования включали определение влияния отдельных факторов, обеспечивающих наилучшую равномерность распределения семян мелкосеменных культур по длине рядка. При проведении опытов были отобраны восемь факторов, влияющих на равномерность распределения семян мелкосеменных культур по длине рядка, из которых выделены три наиболее значимые: пш - частота вращения шайбы с мелкозубчатым профилем; а - угол наклона граней ячейки шайбы с мелко-

зубчатым профилем; d„4. - диаметр ячейки шайбы с мелкозубчатым профилем.

Лабораторно - полевые исследования проводились согласно СТО АИСТ 5.12006 «Сеялки тракторные. Методы испытаний». Условия проведения испытаний определялись согласно ГОСТ 20915-88.

При проведении лабораторных и полевых исследований были использованы следующие приборы и оборудование: цифровой фотоаппарат SAMSUNG ST 45 секундомер ГОСТ 5072-79, влагомер TDR 100, весы лабораторные VIBRA SJ-220 с' погрешностью 0,005 г, бюксы по ГОСТ 23932, линейка металлическая 500 мм с погрешностью измерений ± 1 мм по ГОСТ 427, рулетка Юме погрешностью измерений ± 1мм по ГОСТ 7502, колышки от 0,2 до 0,6 м; твердомер с погрешностью измерения ± 5%, тахометр бесконтактный ТЦ - 34 с погрешностью измерения ± 1 мин"1.

Для проведения лабораторных исследований в ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» была изготовлена экспериментальная лабораторная установка на почвенном канале (рисунок 5).

8

10

11

зубчатым профилем; 7 - параллелограммный механизм; 8 ноя тележка; 10-сошник; 11 - поверхность рассева

Рисунок 5 - Общий вид лабораторной установки на почвенном канале для исследования влияния работы высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем на равномерность распределения семян мелкосеменных культур по длине рядка:

1 - почвенный канал;

2 - цепная передача;

3 - редуктор цепной;

4 - мотор-редуктор;

5 - бункер; 6 - высевающий аппарат с катушкой в виде шайбы с мелко- семяпровод; 9 - привод-

За критерий оптимизации принимали равномерность распределения семян мелкосеменных культур по длине рядка (Р, %). Данный параметр зависит от множества факторов. В связи с этим лабораторные исследования проводились с применением методики планирования многофакторного эксперимента на лабораторной установке (рисунок 5).

После обработки результатов многофакторного эксперимента на ЭВМ получили адекватную математическую модель второго порядка, описывающую зависимость р - /(«». ) в закодированном виде:

У = 79,764+2,3544-х, +0,6102-х2 + 0,2137-х3 -0,023*, -'х,-0,0068-^ -х2 -

-0,00209-х3 -х3 + 0,00094-х, -х2 -0,00061-х, -х3 + 0,00024-х2 -х3. (32)

Для описания поверхности отклика уравнением второго порядка использовали теорию планирования многофакторного эксперимента униформрототабельного плана. После обработки результатов получена адекватная модель равномерности распределения семян (Р, %), которая в раскодированном виде запишется как

У = -3)74,717+1,7942• пш +15,7278-а-2Д644-¿яч - 0,02528--0,1455-аг -

- 0,4825-0,0044^ + 0,02582^, +0,0953с<,. (33)

Для изучения поверхности отклика строили двухмерные сечения (рисунок 6).

ê-l

s!

я

Частота вращения ша№ы с мелкозубчатым профилем мин'

Чистота арачеиия шаЛбыс ивлкозубчатьш лрофнпем мни'1 п

Угоп натоыэ граней яче|1 rai шзйЁы с чжтал-^бчатым профилем град. îi

Рисунок 6 - Двухмерные сечения, характеризующие равномерность (Р, %) распределения семян от частоты вращения (пш), угла наклона граней ячейки (а) и диаметра ячей-ки(с!яч%) шайбы с мелкозубчатым профилем

Анализируя графическое изображение двухмерных сечений, можно сделать вывод, что оптимальными значениями конструктивных и режимных параметров высевающего аппарата в виде шайбы с мелкозубчатым профилем являются: частота вращения шайбы с мелкозубчатым профилем пш =27..37мин"', угол наклона граней ячейки шайбы с мелкозубчатым профилем а = 53 ...58 град; диаметр ячейки шайбы с мелкозубчатым профилем = 2-6-4 мм; при этом критерий оптимизации Р (равномерность распределения семян мелкосеменных культур по длине рядка) будет составлять 80.. .81 %.

Для определения оптимальной частоты вращения шайбы с мелкозубчатым профилем пш проводили однофакторный эксперимент (рисунок 7).

Рисунок 7 - График зависимости равномерности распределения семян мелкосеменных культур по длине рядка (Р %) от частоты вращения шайбы с мелкозубчатым профилем (Пш, мин')

Частота вращения шайбы с ывлкоаубчаи.!« профилем п„, и

lheP4t(Sivit4i(>ttatT»5iwei ма оаиреяоижи

При анализе данных графика (рисунок 7) видно, что равномерность распределения семян мелкосеменных культур по длине рядка составила 79...ВО % при частоте вращения шайбы с мелкозубчатым профилем 30...35 мин', что удовлетворяет агротехническим требованиям.

В четвёртом разделе «Программа, методика и результаты лабораторно-полевых и производственных исследований высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем» обоснованы возможности применения сеялки с экспериментальными высевающими аппаратами (рисунок 8), а таюке уточнены оптимальные значения его режимных и технологических параметров в лабораторно-полевых условиях.

Лабораторно-полевые исследования проводились на полях ЗАО «Петровский хлеб» Пензенской области в 2011...2012 годах. В качестве семенного материала использовались семена клевера красного сорта Присурский с нормой высева 15 кг/га Для проведения лабораторно-полевых исследований высевающего аппарата сеялки был выбран участок, позволяющий выполнить программу работ по агротехнической оценке. Поэтому был выбран типичный, однородный участок по предшественнику (чистыи пар) и соответствующий исходным требованиям. Тип почвы участков, на которых проводились исследования, - серые лесные, по механическому составу -чернозём средвесуглинистый, рельеф ровный.

Исследования проводились на сеялке СЭТ-3,6А с экспериментальными высевающими аппаратами (рисунок 8). Она состоит из рамы 1 (рисунок 9), на которую крепятся зерновой 3 и туковый 4 ящики, к зерновому ящику 3 крепятся экспериментальные высевающие аппараты с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем. Экспериментальные высевающие аппараты 3 соединены семяпроводами 8 с килевид-ными сошниками 9 (рисунок 9). Таюке на раме 1 сеялки расположен ящик для семян трав 6, в котором расположены штифтовые (серийные) высевающие аппараты. Ящик б дм семян трав при работе экспериментальной сеялкой отключён. При помощи поводков к раме крепятся дисковые сошники 10, позади которых расположены килевидные сошники 9. Дисковые сошники 10 находятся в транспортном положении и в работе не участвуют.

Рисунок 8 ~ оби<ий вид посевного агрегата трактора МТЗ - 82 и сеялки СЗТ-X оА с экспериментальными высевающими аппаратами в работе

Рисунок 9 - Схема сеялки СЗТ - 3,6А с экспериментальными высевающими аппаратами:! -рама; 2 -экспериментальные высевающие аппараты с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем; 3 -зерновой ящик; 4 - туковый ящик; 5 -туковы-севающие аппараты; б - травяной ящик; 7 - штифтовые высевающие аппараты; 8 -семяпровод; 9 -килевидные сошники; 10- дисковые сошники

Высев экспериментальной сеялкой происходит следующим образом. Семена засыпаются в зерновой ящик 3, в котором установлены экспериментальные высевающие аппараты 2. При работе высевающие аппараты 2 захватывают семена и подают их по семяпроводам 8 в килевидные сошники 9 (рисунок 9), с помощью которых семена заделываются в почву на заданную глубину.

Для определения урожайности многолетней травы клевера красного сорта При-сурский использовали укосный метод. Урожайность определяли скашиванием зелёной массы на высоте 4.. .5 см. Скашивают 4 учетные площадки по 0,5 м2 (1 х 0,5 м) на участке засеянным сеялкой СЗТ-Э,6А с серийными высевающими аппаратами и на участке, засеянном сеялкой СЭТ-3,6А с экспериментальными высевающими аппаратами. Скошенную массу сразу же взвешивают и пересчитывают на урожайность с 1 га. Урожайность клевера ¡фасного на семена определялась отбором растений в трех местах на площадке 1 х 0,5 м с последующим их обмолотом и взвешиванием семян, семена были в полной спелости. Как показали результаты исследования, урожайность зелёной массы клевера выросла на 25%, а урожайнсть семян на 22%.

На рисунке 10 представлена зависимость равномерности распределения семян клевера по длине рядка (Р) от частоты вращения шайбы с мелкозубчатым профилем (пш) и скорости агрегата (Ус).

Частота вращения шайбы с иепкозубчатыи профилем п*. пин'1 Скорость движения посевного агрегата Vc, юл/ч

Рисунок 10 — Графики зависимостей равномерности распределения семян клевера по длине рядка (Р, %) от частоты вращения шайбы с мелкозубчатым профилем мин1) и от скорости агрегата (V, км/ч)

Результаты полевых исследований обрабатывались с помощью прикладной программы «Statistika» Version 7.0.

Оптимальные значения частоты вращения шайбы с мелкозубчатым профилем, согласно данным исследований, находятся в интервале значений от 30 до 35 мин"', а скорость агрегата - в интервале значений от 8 до 10 км/ч (рисунок 10).

Анализируя графики на рисунке 10, можно сделать вывод, что при соблюдении интервалов скорости агрегата Vc и частоты вращения пш шайбы с мелкозубчатым профилем, равномерность распределения семян по длине рядка Р сеялки с экспериментальными высевающими аппаратами составила 76%, что удовлетворяет агротехническим требованиям, предъявляемым к посеву семян мелкосеменных культур.

В пятом разделе «Экономическая оценка применения сеялки с экспериментальными высевающими аппаратами» приводится технико-экономический расчёт, подтверждающий, что использование на сеялке экспериментальных высевающих аппаратов на посеве семян мелкосеменных культур экономически целесообразно. Годовая экономия составила 2800 руб./га. Годовой экономический эффект при нормативной

годовой загрузке 160 ч составил 316085 руб. на одну сеялку с экспериментальными

высевающими аппаратами при сроке окупаемости дополнительных затрат 1,3 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ известных высевающих аппаратов для высева семян мелкосеменных культур, применяемых на серийных образцах сеялок, показал, что равномерность распределения семян мелкосеменных культур по длине рядка происходит неудовлетворительно, в результате чего снижаются качественные показатели работы сеялки, что приводит к уменьшению урожайности. Результаты исследований физико-механичеОких свойств семян мелкосеменных культур козлятника восточного сорта Гале и клевера красного сорта Присурский показали, что значения размеров семян этих культур изменяются в пределах: длина- 1,7...4,1 мм; ширина- 1,2...2,3 мм; толщина-0,7... 1,7 мм. Коэффициент статического трения (Кс) по поливинилхлориду (ПВХ) листовому составил у козлятника восточного сорта Гале 0,3643, клевера красного сорта Присурский 0,1763. Коэффициент внутреннего трения Квн соответственно составил 0,66 и 0,63.

Проводя анализ полученных данных, можно сделать следующий вывод: значение физико-механических свойств семян козлятника восточного сорта Гхте и клевера красного сорта Присурский не выходят за пределы границ интервалов значений физико-механических свойств других семян сортов клевера и козлятника. Следовательно, в дальнейшем целесообразно проводить определение оптимальных параметров высевающего аппарата на данных сортах мелкосеменных культур.

Предложена конструктивно-технологическая схема и конструкция высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем.

2. Теоретическими исследованиям! установлены аналитические зависимости для определения: угла наклона граней ячейки шайбы с мелкозубчатым профилем (15), необходимого для обеспечения нормального технологического процесса работы высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем; уравнения траектории полета семени (27) на выходе из высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем, уравнения дальности полёта семени (30), уравнения скорости движения семени (28), уравнения наибольшей высоты подъёма семени (33).

3. Разработан и изготовлен опытный образец высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем и определены оптимальные значения конструктивных и режимных параметров высевающего аппарата: частота вращения шайбы с мелкозубчатым профилем пш.= 27...37 мин"1; угол наклона граней ячейки шайбы с

17

мелкозубчатым профилем а = 53...58 град.; диаметр ячейки шайбы с мелкозубчатым профилем с!яч = 2,6...4 мм; при этом критерий оптимизации Р - равномерность распределения семян мелкосеменных культур по длине рядка - изменялся в диапазоне 80... 81 %. Установлен оптимальный режим работы высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем, при котором равномерность распределения семян мелкосеменных культур по длине рядка наилучшая.

4. Полевые исследования сеялки с экспериментальными высевающими аппаратами подтвердили достоверность теоретических расчетов и лабораторных исследований. Отклонение общего высева от заданной нормы у экспериментальной сеялки в полевых условиях 1,9 %, что не превышает 3 %. Лучшая равномерность распределения семян и растений в рядке Р = 75...76% обеспечивается при работе экспериментальной сеялки при частоте вращения экспериментального высевающего аппарата пш=27...35 мин"1 и скорости движения агрегата Ус=8...9,5 км/ч, или Ус=28,8...34,2 м/с. Средний интервал между всходами при посеве сеялкой СЗТ-З.бА с экспериментальными высевающими аппаратами составил аср=21,2 мм, а при посеве сеялкой СЭТ-3,6А с серийными высевающими аппаратами аср=41,6 мм, при этом средний интервал между семенами клевера в рядке составил соответственно: аср=18,7 мм; аср=35,8 мм. Урожайность семян при посеве сеялкой с экспериментальными высевающими аппаратами выше в среднем на 22%, зеленой массы - на 25% в сравнении с серийной сеялкой. Эффективность использования сеялки с экспериментальными высевающими аппаратами подтверждается получением годового экономического эффекта, который составил 316085 руб. на одну сеялку с экспериментальными высевающими аппаратами при сроке окупаемости дополнительных затрат 1,3 года.

Основные положения опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Ларюшин, Н.П. Конструкция высевающего аппарата для высева семян мелкосеменных культур / Н.П. Ларюшин, И.В. Бычков // Нива Поволжья. - 2012. -№2(23)-С. 56-59.

2. Ларюшин, Н.П. Результаты лабораторных исследований аппарата для высева семян мелкосеменных культур / Н.П. Ларюшин, В.Н. Кувайцев, И.В. Бычков // Нива Поволжья. - 2013. - № 2(27) - С. 88-93.

3. Ларюшин, Н.П. Теоретические исследования технологического процесса работы высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для высева семян мелкосеменных культур / Н.П. Ларюшин, В.Н. Кувайцев, И.В. Бычков // Нива Поволжья. - 2013. - №2(28) - С. 83-89.

Патент на изобретение

4. Патент РФ № 2468561, МПК А01С7/12, (2006.01). Катушечный высевающий аппарат для высева мелкосеменных культур / Н.П. Ларюшин, И.В. Бычков -№ 1143; заявл. 29.06.2011; опубл. 10.12.2012, Бюл. № 34. - 13 с.

Публикации в сборниках научных трудов и материалах конференций

5. Бычков, И.В. Методика проведения лабораторных исследований высевающего аппарата для высева мелкосеменных культур / И.В. Бычков ■// Вклад молодых учёных в инновационное развитие АПК России: сб. мат-лов Всерос. науч,-практ. конф. -Пенза: РИО ПГСХА, 2012. -С. 139-142.

6. Ларюшин, Н.П. Физико-механические свойства семян клевера красного / Н.П. Ларюшин, И.В. Бычков // Вклад молодых учёных в инновационное развитие АПК России: сб. мат-лов Всерос. науч.-практ. конф. Том II. - Пенза- РИО ПГСХА 2011.-С. 106-108. '

7. Ларюшин, Н.П. Физико-механические свойства семян козлятника восточного / Н.П. Ларюшин, И.В. Бычков // Инновационные идеи молодых исследователей для АПК России: сб. мат-лов Всерос. науч.-пракг. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. Том III. - Пенза: РИО ПГСХА, 2012. - С. 90-93.

8. Бычков, И.В. Особенности посева семян многолетних трав / И.В. Бычков // Вклад молодых учёных в инновационное развитие АПК России: сб. мат-лов Всерос. науч.-практ. конф. Том И. - Пенза: РИО ПГСХА, 2011. - С. 89-91.

9. Бычков, И.В. Анализ конструкций высевающих аппаратов катушечного типа для высева мелкосеменных культур / И.В. Бычков // Вклад молодых учёных в инновационное развитие АПК России: сб. мат-лов Всерос. науч.-пракг. конф Том II -

Пенза: РИО ПГСХА, 2011. - С. 91-94.

Ю.Роньжин, A.A. Обоснование выбора высевающего аппарата для высева мелкосеменных культур / A.A. Роньжин, И.В. Бычков / Инновационные идеи молодых исследователей для АПК России: сб. мат-лов Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, проводимой по программе Всероссийского фестиваля науки, посвященного 60-летию ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» -Пенза: РИО ПГСХА, 2011С. 331-332.

11. Бычков, И.В. Новые рабочие органы сеялок для посева мелкосеменных культур / И.В. Бычков // Инновационные идеи молодых исследователей для АПК России: сб. мат-лов Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. Том Ш. - Пенза: РИО ПГСХА, 2012. - С. 88-90.

12. Ларюшин, Н.П. Теоретические исследования движения семени на выходе из высевающего аппарата для высева мелкосеменных культур / Н.П. Ларюшин, И.В.Бычков // Инновационные идеи молодых исследователей для АПК России: сб. мат-лов Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. - Пенза: РИО ПГСХА, 2013. - С. 78-80.

13. Ларюшин, Н.П. Результаты лабораторных исследований высевающего аппарата в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для высева семян мелкосеменных культур / Н.П. Ларюшин, И.В. Бычков // Вклад молодых учёных в аграрную науку: сб. мат-лов Междунар. науч.-практ. конф. молодых учёных, аспирантов, магистров и студентов. - Самара: РИО СГСХА, 2013. - С. 176-180.

14. Ларюшин, Н.П. Теоретическое обоснование параметров ячейки катушечного высевающего аппарата в виде шайбы с мелкозубчатым профилем / Н.П. Ларюшин, И.В. Бычков, A.B. Шуков // Новые технологии и технические средства в АПК: сб. мат-лов Междунар. конф., посвящённой 105-летию со дня рождения профессора Красникова Владимира Васильевича. - Саратов- РИО СГАУ 2013 -С. 83-87.

Подписано в печать 09. 2013 г. Формат 60x80/16. Объем 1,0 усл. п.л. Тираж !00. Заказ № 5i Отпечатано с готового оригинал-макета в Пензенской мини-типографии Свидетельство № 5551

440000, г. Пенза, ул. Московская, 74 19

ФГБОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная

академия»

На правах рукописи

0420136256^

Бычков Илья Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОСЕВА СЕМЯН МЕЛКОСЕМЕННЫХ КУЛЬТУР РАЗРАБОТКОЙ И ПРИМЕНЕНИЕМ ВЫСЕВАЮЩЕГО

АППАРАТА СЕЯЛКИ

Специальность: 05.20.01 - технологии и средства механизации

сельского хозяйства

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Ларюшин Н.П.

Пенза-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение.................................................................................... 5

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ............ 11

1.1 Классификация способов и схем посева семян мелкосеменных культур

и их характеристики....................................................................... 11

1.2 Обзор конструктивных схем сеялок для посева семян мелкосеменных культур....................................................................................... 14

1.3 Обзор конструктивных схем высевающих аппаратов для посева семян мелкосеменных культур.................................................................. 23

1.4 Исследование физико-механических свойств семян мелкосеменных

культур....................................................................................... 29

1.4.1 Результаты проведенных исследований......................................... 29

Выводы по разделу........................................................................ 34

Цель и задачи исследований............................................................. 35

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАБОТЫ ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА С КАТУШКОЙ В ВИДЕ ШАЙБЫ С МЕЛКОЗУБЧАТЫМ ПРОФИЛЕМ ДЛЯ ВЫСЕВА СЕМЯН МЕЛКОСЕМЕННЫХ КУЛЬТУР........................................... 37

2.1 Выбор конструктивно-технологической схемы высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для высева семян мелкосеменных культур.................................................................. 37

2.2 Теоретическое обоснование параметров ячейки высевающего аппарата

с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем................................. 40

2.3 Определение угла выпадения семени из ячейки высевающего аппарата

с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем................................. 43

2.4 Исследование движения семени на выходе из высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем........................... 45

2.5 Исследование движения семени после выхода из высевающего аппарата

с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем........................... 48

Выводы по разделу........................................................................ 52

3 ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСЕВАЩЕГО АППАРАТА С КАТУШКОЙ В ВИДЕ ШАЙБЫ С МЕЛКОЗУБЧАТЫМ ПРОФИЛЕМ ДЛЯ ВЫСЕВА СЕМЯН МЕЛКОСЕМЕННЫХ КУЛЬТУР.............................. 53

3.1 Цели и задачи лабораторных исследований высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем.............................. 53

3.2 Методика проведения лабораторных исследований высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем и обработка результатов.................................................................... 53

3.2.1 Описание лабораторной установки.............................................. 54

3.2.2 Методика проведения лабораторных исследований по определению оптимальных конструктивных и режимных параметров высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем................. 57

3.3 Результаты исследований по обоснованию оптимальных конструктивных и режимных. параметров высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем.............................. 69

3.4 Методика и результаты лабораторных исследований по определению оптимальной частоты вращения высевающего аппарата с катушкой в виде

шайбы с мелкозубчатым профилем................................................... 75

Выводы по разделу......................................................................... 75

4 ПРОГРАММА, МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНО-ПОЛЕВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА С КАТУШКОЙ В ВИДЕ ШАЙБЫ С МЕЛКОЗУБЧАТЫМ ПРОФИЛЕМ......... 77

4.1 Программа и методика исследований высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем в лабораторно-полевых условия........................................................................... 77

4.2 Условия проведения и результаты лабораторно-полевых исследований сеялки с экспериментальными высевающими аппаратами....................... 78

4.3 Методика и результаты определения устойчивости общего высева семян сеялкой с экспериментальными высевающими аппаратами..................... 85

4.4 Методика и результаты определения равномерности распределения

ж

г'-

семян и растений в рядке................................................................................................................................86

4.5 Методика и результаты определения урожайности........................................................88

Выводы по разделу................................................................................................................................................90

5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЯ СЕЯЛКИ С

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ ВЫСЕВАЮЩИМИ АППАРАТАМИ......................92

5.1 Расчет балансовой стоимости сеялки с экспериментальными высевающими аппаратами с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем........................................................................................................................................................................92

5.2 Расчет прямых эксплуатационных затрат................................................................................98

5.3 Расчет годового экономического эффекта..............................................................................100

5.4 Расчет срока окупаемости....................................................................................................................101

Выводы по разделу................................................................................................................................................102

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ................................................................................................................................................104

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ................................................................................................................................106

Приложения..................................................................................................................................................................117

Введение

Актуальность темы исследования.

Надежная и сбалансированная кормовая база является залогом успешного животноводства, она не может существовать без использования высокобелковых мелкосеменных культур (клевер, козлятник, люцерна и др.). К мелкосеменным культурам относится большинство многолетних и однолетних трав. В настоящее время в России животноводство обеспечено кормами не в полной мере ввиду низкого качества посева.

Посев семян мелкосеменных культур является одной из самых важных операций в современной технологии получения стабильных урожаев зелёного корма и качественных семян. Применение посевных машин с существующими высевающими аппаратами для посева семян мелкосеменных культур приводит к повышенному расходу семян при их неудовлетворительной равномерности распределения по длине рядка и высокому травмированию, что ведёт к снижению урожайности.

Поэтому работа, посвященная повышению качества посева семян мелкосеменных культур разработкой и применением высевающего аппарата сеялки, является актуальной и имеет важное экономическое и хозяйственное значение для АПК России.

Степень разработанности темы исследования. В настоящее время разработаны высевающие аппараты для высева мелкосеменных культур различных конструкций и типов.

Существующие конструкции катушечных высевающих аппаратов с прямыми желобками и различные приспособления к ним для посева семян мелкосеменных культур имеют такие недостатки, как неравномерность высева по длине рядка, неустойчивая норма высева, повышенный расход семян.

Катушечные высевающие аппараты с винтовыми желобками также не лишены недостатков. При посеве наблюдается незначительная пульсация, что особенно сказывается на равномерности посева мелкосеменных культур. Кроме того, при

работе высевающего аппарата из-за смещения семенного материала винтовыми желобками к боковине семенной коробки происходит травмирование семян.

Катушечные высевающие аппараты с разновеликими желобками имеют следующий основной недостаток: когда мелкие семена попадают в крупные желобки, то наблюдается неравномерность посева и увеличение расхода семян.

Катушечный высевающий аппарат с шевронным расположением желобков способен высевать большое количество разных культур, при этом минимально травмировать семена, но, как и все катушечные аппараты, обладает недостатком -неравномерностью посева семян и невозможностью точной установки малых норм высева.

Шнековый высевающий аппарат при работе обеспечивает необходимую равномерность дозирования семян, при этом он применим при посеве различных культур. Недостатком данного высевающего аппарата является высокое травмирование посевного материала и достаточно сложная конструкция.

Из анализа приведённых данных по применению различных типов высевающих аппаратов можно сделать вывод о широком применении катушечных высевающих аппаратов для посева семян мелкосеменных культур, однако следует отметить, что они имеют общий существенный недостаток и не в полной мере обеспечивают выполнение агротехнических требований, а именно: эти высевающие аппараты дают неудовлетворительную равномерность распределения семян по длине рядка. Поэтому данный вопрос требует дальнейших теоретических обоснований и новых конструкторских решений.

Работа выполнена по плану НИОКР ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (тема № 11 «Разработка рабочих органов машин для ресурсосберегающих технологий производства сельскохозяйственных культур») и инновационного проекта на конкурсе «У.М.Н.И.К.» (г. Пенза, 2012 г.) по теме «Разработка новых рабочих органов сеялок для посева мелкосеменных культур».

Цель работы - повышение качества посева семян мелкосеменных культур разработкой и применением высевающего аппарата сеялки, позволяющего улучшить равномерность распределения семян мелкосеменных культур по длине рядка.

т )

\

Задачи исследований:

1. Обосновать конструктивно-технологическую схему высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур с учётом их.физико-механических свойств.

2. Теоретически обосновать конструктивные и режимные параметры высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур.

3. Разработать и изготовить опытно-конструкторский образец высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур, провести лабораторные исследования по определению его оптимальных конструктивно-режимных параметров.

4. Выполнить исследования сеялки с экспериментальными высевающими аппаратами для посева семян мелкосеменных культур в лабораторно-полевых и производственных условиях, определить технико-экономическую эффективность применения результатов исследования в производстве.

Объект исследования - технологический процесс посева семян мелкосеменных культур высевающим аппаратом с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем.

Предмет исследования - конструктивные и режимные параметры высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур, оценочные показатели качества их посева.

Научная новизна:

- теоретическое обоснование процесса посева семян мелкосеменных культур высевающим аппаратом с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем;

- конструктивная схема и конструкция высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур;

- оптимальные конструктивные и режимные параметры высевающего аппарата в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур;

- оценочные показатели посева семян мелкосеменных культур.

Новизна технического решения подтверждена патентом РФ на изобретение № 2468561 «Катушечный высевающий аппарат для высева мелкосеменных культур».

Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты научных исследований послужили основой для разработки высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур. Использование высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем позволяет повысить равномерность распределения семян мелкосеменных культур по длине рядка до 80 %, увеличить урожайность зелёной массы до 25% и семян до 22%. Сеялка с экспериментальными высевающими аппаратами для посева семян мелкосеменных культур внедрена в ЗАО «Петровский хлеб» Пензенской области.

Методология и методы исследования.

В работе использовались теоретические и экспериментальные методы, а именно: метод сравнения, моделирования, наблюдения, эксперимент. Теоретические исследования выполнены с использованием основных положений, законов и методов классической механики и математики.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных, полевых и производственных условиях на основе общепринятых методик в соответствии с действующими отраслевыми стандартами, а также разработанных частных методик исследований. Основные расчеты и обработка результатов экспериментов выполнялись на ПЭВМ с использованием стандартных компьютерных программ MathCAD, Microsoft Excel и Statistica 7.0 RUS.

Основные научные положения и результаты исследования, выносимые на защиту:

1. Конструкция высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур.

2. Теоретическое обоснование процесса посева высевающим аппаратом с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем.

3. Оптимальные конструктивные и режимные параметры высевающего

аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур (частота вращения шайбы с мелкозубчатым профилем, угол наклона граней ячейки шайбы с мелкозубчатым профилем, диаметр ячейки шайбы с мелкозубчатым профилем).

Степень достоверности и апробация результатов. Степень достоверности теоретических и экспериментальных данных обеспечена аргументированным обоснованием выводов, подтверждённых теоретическими и экспериментальными исследованиями, и практической реализацией разработки в лабораторных, лабораторно-полевых и производственных условиях.

Разработанный и изготовленный высевающий аппарат с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева мелкосеменных культур внедрён в ЗАО «Петровский хлеб» Пензенской области и ООО «КЗТМ» г. Кузнецка Пензенской области к серийному производству.

Основные научные положения, выводы и практические рекомендации диссертации доложены и одобрены на:

- научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2011-2013 гг.);

- международной конференции, посвящённой 105-летию со дня рождения профессора Красникова Владимира Васильевича, «Новые технологии и технические средства в АПК» ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ имени Н.И. Вавилова» (2013 г.);

- международной научно-практической конференции молодых учёных, аспирантов, магистров и студентов «Вклад молодых учёных в аграрную науку» ФГБОУ ВПО «Самарская ГСХА» (2013 г.);

- в отчётах на выполнение НИОКР по программе «У.М.Н.И.К.» (г. Пенза, 2012 г).

По результатам исследований опубликовано 14 работ, в т.ч. 3 статьи в

изданиях, указанных в «Перечне ... ВАК», получен патент на изобретение, без соавторов опубликовано 4 статьи. Общий объем публикаций составляет 2,55 п.л., из которых 1,31 п.л. принадлежит автору.

Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка

а 4

использованной литературы из 108 наименований и приложения на 26 с. Работа изложена на 144 е., содержит 48 рис. и 17 табл.

Автор считает своим долгом выразить благодарность доктору технических наук, профессору Ларюшину Н.П., кандидату технических наук Кувайцеву В.Н., преподавателям и аспирантам кафедры «Механизация технологических процессов в АПК» ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» за помощь в разработке диссертационной работы, проведение лабораторных и полевых исследований и их внедрения по теме диссертации.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Классификация способов и схем посева семян мелкосеменных культур и

их характеристики

Производство кормов было и остаётся одной из самых важных и сложных проблем сельского хозяйства. Объёмы производства кормов намного превышают валовое производство всей другой продукции растениеводства. В то же время объём продукции, производимой этой важнейшей отраслью сельского хозяйства, пока ещё не удовлетворяет потребности животноводства в кормах [1].

При возделывании мелкосеменных культур применяют два способа посева: беспокровный или под покров основной культуры. Под покров основной культуры, это когда семена мелкосеменных культур (многолетних трав) высевают одновременно с покровной культурой, обычно это озимые или яровые зерновые культуры. Норму высева всех покровных культур снижают на 25-30 % по отношению к принятой в регионе норме [2,3,4].

Способ посева зависит от почвенно-климатических условий и посевных качеств семян мелкосеменных культур. Задачей посева является в создании благоприятных условий прорастания семян и растений, а также в обеспечении их требуемой г�