автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение качества высева семян кормовых трав вибродискретной высевающей системой

На правах рукописи 005531554

Семенихина Юлия Александровна

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ВЫСЕВА СЕМЯН КОРМОВЫХ ТРАВ ВИБРОДИСКРЕТНОЙ ВЫСЕВАЮЩЕЙ СИСТЕМОЙ

Специальность 05.20.01 — Технологии и средства механизации

сельского хозяйства (по техническим наукам)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3ерноград-2013

005531554

Работа выполнена в Государственном научном учреждении «Северо-Кавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства» Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ СКНИИМЭСХ Россельхозакадемии)

Научный руководитель: доктор технических наук профессор

Беспамятнова Наталья Михайловна

Официальные оппоненты: доктор технических наук профессор

Краснов Иван Николаевич (ФГБОУ ВПО АЧГАА, профессор кафедры)

кандидат технических наук доцент Зубрилина Елена Михайловна (ФГБОУ ВПО СтГАУ, доцент кафедры)

Ведущая организация: Новокубанский филиал Федерального

государственного бюджетного научного учреждения «Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению агропромышленного комплекса» (ФГБНУ «Росинформагротех») -КубНИИТиМ, г. Новокубанск

Защита состоится «июля 2013г. в 1025 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.001.01, созданного при ФГБОУ ВПО «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия», по адресу: 347740, Ростовская область, г. Зерноград, ул. Ленина 21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия».

Автореферат разослан « -3>» июня 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук профессор

Н.И. Шабанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. При возрождении животноводческой отрасли возрастает необходимость возделывания растительной кормовой базы, обеспечивающей дешевые и разнообразные корма: зелёную массу, сено, сенаж, силос, травяную муку, брикеты, гранулы и др. Среди огромного разнообразия кормовых культур особую группу занимают семена, отличающиеся низкой сыпучестью и повышенной связностью: кострец безостый, разновидности овсяницы, житняк, пырей и др. Существующие современные высевающие аппараты не обеспечивают агротехнические требования для их посева (норму высева, неравномерность и неустойчивость высева), что значительно увеличивает экономические затраты на дорогостоящие семена.

В СКНИИМЭСХ разработаны вибрационные высокоточные технологии приёма и операций посева сельскохозяйственных культур и удобрений с использованием сменных блоков и универсальных высевающих аппаратов вибродискретного действия. Однако процесс истечения средне- и трудносыпучих семян трав кормовых культур недостаточно исследован. Изучение процессов высева трудносыпучих семян трав кормовых культур для повышения качественных показателей, обеспечивающих агротехнические требования, представляют научный и практический интерес и являются актуальными.

Работа выполнена в СКНИИМЭСХ в соответствии с Планом фундаментальных и приоритетных прикладных исследований Россельхозакадемии по научному обеспечению развития АПК Российской Федерации на 20112015 годы по этапу 09.01.02 «Разработать наукоёмкие ресурсосберегающие машинные технологии и технические средства возделывания и уборки зерновых, масличных и других культур».

Научная гипотеза состоит в том, что повышение качества высева трудносыпучих семян возможно при создании вибрационного поля на выходе из бункера путём изменения направленности скоростей и ускорений высеваемого потока для искусственного понижения силы трения и связности сыпучего материала (разрушение связей между семенами).

Рабочая гипотеза заключается в том, что повышение качества высева семян кормовых трав различной степени сыпучести может быть достигнуто оптимальным сочетанием режимов истечения семян и работы пластины-вибратора в вибродискретной высевающей системе.

Цель исследования - повышение качества высева семян кормовых трав вибродискретной высевающей системой путём совершенствования технологического процесса дозирования вибродискретным высевающим аппаратом.

Объект исследования — технологический процесс высева семян кормовых трав различной степени сыпучести, выполняемый исполнительной виб-

росистемой высева.

Предмет исследования — закономерности взаимодействия качественных показателей высева семян кормовых трав различной степени сыпучести и параметрами и режимами вибродискретной высевающей системой.

Методы исследования. Для достижения поставленной цели использованы методы теоретической механики, теории вибрации, устойчивости упругих систем, математического анализа, математической статистики, планирования экспериментов.

Научная новизна заключается в выявлении закономерностей создания управляемого процесса истечения и дозирования семян кормовых трав различной степени сыпучести с использованием виброэффектов. Уточнена и проанализирована гибридная модель истечения и дозирования семян с различной степенью сыпучести, учитывающая диапазон изменения пластичности семян. Определены физико-механические свойства трудносыпучих семян при истечении их в вибрационном поле.

Практическая значимость работы заключается в получении аналитических зависимостей, которые могут быть использованы при проектировании высевающих виброаппаратов, определении параметров и режимов устойчивого функционирования и обеспечения точного управления дозированием потока семян кормовых трав различной степени сыпучести. Уточненная математическая модель истечения и дозирования трудносыпучих семян может применяться для настройки вибродискретного высевающего аппарата на оптимальные режимы работы при посеве с различными свойствами сыпучести.

На защиту вынесены:

- результаты обоснования управляемого процесса снижения неравномерности и неустойчивости истечения и дозирования трудносыпучих семян при повышенных коэффициентах трения и малой массы высеваемого материала;

- уточненная математическая модель истечения и дозирования семян различной степени сыпучести, устанавливающая взаимосвязь между массовым расходом семян кормовых трав и параметрами и режимами вибродискретного высевающего аппарата;

- данные экспериментальных исследований физико-механических свойств семян с различной степенью сыпучести и процессов истечения и дозирования трудносыпучих семян в вибрационном поле.

Реализация результатов исследований. Результаты научных исследований использованы ОАО «Реммаш» при создании универсальной сеялки-культиватора СК-3,0Б («Глазовчанка»), а также использованы при разработке «Технологического регламента посева семян различных сельскохозяйственных культур в условиях недостаточного увлажнения».

Апробация работы. Результаты исследований доложены и одобрены на Международных научно-практических конференциях ГНУ СКНИИМЭСХ Россельхозакадемии (2007, 2012 гг.), ДГТУ «Интерагромаш» (г. Ростов-на-Дону, 2009), Przemysl (Польша, 2012г), АЧГАА (2012 г.).

Публикации: основные положения диссертации опубликованы в 7 печатных работах, в том числе 2 в изданиях из перечня ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 166 страницах, содержит 43 рисунка и 10 таблиц. Список литературы включает 96 наименований, в том числе 3 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражены важность и актуальность исследования, обозначены цель работы, объект и предмет исследования, показаны научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе «Состояние вопроса, цель и задачи исследования» проведён анализ выполненных исследований, связанных с равномерностью высева семян с различной степенью сыпучести современными высевающими аппаратами, технологий высева трудносыпучих семян и особенностями вибрационных процессов в современных технологиях посева.

Вопросам истечения семян как сыпучего материала посвящены труды В.А. Богомягких, JI.B. Гячева, Р.Л. Зенкова. Вибрационные процессы высева сельскохозяйственных культур исследовали Н. М. Беспамятнова, A.A. Вишняков, В.А. Денисов, A.A. Дубровский, Е.М. Зубрилина, А.И Клишин, B.C. Красовских, В.Х. Малиев, С.А. Овсянников, и др.

Предложенные вибрационные высевающие аппараты обладают повышенной частотой вибрации и усложнением конструкций, удвоением процесса высева семян из бункера и последующего дозирования. Существует различный взгляд современных исследователей на параметры высевного отверстия из бункера. Использованные авторами математические модели в основном применимы к сыпучему материалу с достаточно высоким объёмным весом, средней нормой высева и средним коэффициентов внутреннего трения.

Для реализации поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Разработать теоретические предпосылки управляемого истечения и дозирования семян кормовых трав различной степени сыпучести в вибрационном поле, создаваемом вибродискретной высевающей системой.

2. Выявить математические и регрессионные модели, устанавливающие взаимосвязь между режимами и параметрами в системе «поток семян — пла-

стина-вибратор».

3. Определить параметры и режимы работы вибродискретной высевающей системы, обеспечивающей повышение качества высева семян кормовых трав различной степени сыпучести.

4. Провести технико-экономическое обоснование управляемого истечения и дозирования семян кормовых трав вибродискретной высевающей системой.

Во второй главе «Теоретические предпосылки истечения семян кормовых трав» рассмотрены особенности истечения трудносыпучих семян в вибрационном поле, одновременного истечения семян из бункера и дозирования их в соответствии с заданной нормой высева, создаваемой пластиной-вибратором. Модель истечения семян представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 — Модель истечения семян в вибрационном поле: ус — объёмный вес семян в истекающем потоке, кг/м3; /в - коэффициент внутреннего трения семян; а>л, - возбуждающая и возбуждаемая частоты колебаний пластины-вибратора и семян соответственно, с"1; Р — мощность, Вт; 4я>4) ~ амплитуды колебаний пластины-вибратора и семян соответственно, мм; 2 - норма высева семян, кг/га; — массовый расход семян (доза), г/мин; Нв - неравномерность высева семян, %; Ну - неустойчивость высева семян, %

Для анализа использована гибридная модель колебаний системы «поток семян - пластина-вибратор», разработанная Н.М. Беспамятновой, и с учетом переменного характера показателей физико-механических свойств трудносыпучих семян, дополненная интегрирующим элементом, учитывающим диапазоны изменения пластичности семян при использовании вибрации:

[о]р + рИ

¿V

А*

=-ИИи

со

(2)

[м]+[я] = ср+ |СП,

./вв

где [£>] - матрица системы с оператором Лапласа, кг/(м2-с2); р - нормальный прогиб пластины-вибратора, м; И - толщина пластины-вибратора, м; р -плотность материала пластины-вибратора, кг/м3 ■ \м\— матрица инерции сис-

темы, кг/с2; [л"] - матрица жесткости системы, кг/с2; [<гт| - матрица производных импульсных функций первого и второго порядков (длительность импульса), с2/(кг-м); [свв] - матрица жесткости упругих связей перемещения семян по пластине-вибратору, учитывающая коэффициенты трения, уплотнения, истечения и т.д., кг/с2; [£/] - матрица, учитывающая ускоренное истечение дозы высева семян по длине пластины-вибратора из бункера, кг/с2; Ср

2 Г?

- жесткость пластины-вибратора, кг/с ; }СП - интегрирующий показатель,

/вв

учитывающий пластичность семян, кг/с2; /„, /в - коэффициент внутреннего трения с вибрацией и без вибрации соответственно.

Гибридная модель отражает интенсивность истечения и дозирования семян (массового расхода) по времени и по длине пластины-вибратора в виброполе: размерность частей (1) - кг/м-с2, частей (2) - кг/с2. Необходимая интенсивность достигается управляющей матрицей [стт], характеризующей режим работы пластины-вибратора, частота колебаний \со^\ которого уменьшает кажущиеся коэффициенты трения без вибрации /в, уплотнения ку и увеличивают коэффициент истечения кп семян трав.

Таким образом, в первом уравнении первое слагаемое [о]р - отражает изменение массового расхода семян в единицу времени (ускорение подачи

дозы семян), второе слагаемое рИ-

<12Р

— определяет изменение прогиба пла-

&

стины-вибратора посредством его амплитуды Ал, частоты ал или мощности электрического импульса Р, подаваемого на электромагнит. Второе уравнение соответствует изменению показателей инерции и жёсткости системы и обратной реакции жёсткостей пластины-вибратора с потоком семян. С учётом рассматриваемого процесса истечения неупругих семян можно представить некой тормозящей (запаздывающей) реакцией Сп, которой будет соответствовать обобщённый коэффициент упругости /, учитывающий физико/.

механические свойства семян: \СП.

/вв

Спектр колебаний собственных частот системы ограничивается соотношением собственных частот а>л пластины-вибратора и ^ - слоя семян на ней, жесткостью связи перемещения семян по пластине-вибратору и жесткостью пластины-вибратора, скоростью перемещения семян по пластине-т

вибратору а (импульсной функцией) и положением семян относительно координат выпускных отверстий.

Отсюда вытекает следствие, что изменением соотношения собственных частот колебаний пластины-вибратора а>я и слоя семян 5], обусловленных нормой (дозой) высева, можно добиться изменения соответственно собственной частоты (&)0) высеваемой культуры, управлять процессом истечения семян из бункера, т.е. управлять изменением нормы высева семян.

Основой управления является отслеживание или «навязывания» заданного режима колебаний пластины-вибратора а>л, в зависимости от агротехнических требований, задаваемых на технологический процесс. В поток истекающих из бункера семян подаётся пластиной-вибратором сила с частотой сол и амплитудой Ал, создающая вибрацию семян, определяемую соответственно показателями их истечения и дозирования , &>0 и А0 (рисунки 2, 6).

а) при ударном воздействии пластины на семена в высевном зазоре

Известно, что чем меньше коэффициент трения покоя, тем быстрее происходит кажущееся уменьшение коэффициента внутреннего трения, а это может происходить при изменении величины ускорений колебаний, определяемой величиной мощности электрического импульса. Возникающей пульсацией сыпучего тела возможно управлять величиной или длительностью

С б) истечение семян из высевного зазора

х

/ ч>2 IX: ^тр.со<а + /?) = ^ин-со<а + /?),

ТУ-Рх+2С+• зт(« + 0) = Ртр • зт(а + 0), Рх = "Ж , пу = ±2mg .

Рисунок 2 - Схема сил, воздействующих на выделенный объём семян пластиной-вибратором

электрического импульса, подаваемого на электромагнит.

Процесс воздействия пластины-вибратора на поток семян происходит ударом перед закрытием зазора. В точке Е под воздействием усилия пластины-вибратора создаются вертикальные и горизонтальные составляющие

/7дверт и /<"ягор (рисунки 2, 6). При ударе в объёме семян создаются напряжения в ворохе ^верт и /"о"4', которые перераспределяют отдельные семена в потоке и их соприкосновение различными поверхностями изменяют силы трения скольжения, что особенно важно для семян, форма которых не соответствует шаровой.

Через открытый зазор поток семян устремляется на пластину-вибратор, а горизонтальная составляющая Р0гор дополнительно перемещает семена по пластине-вибратору, увеличивая их истечение по времени и по пути.

С учетом гидравлического радиуса истечения семян из бункера определена скорость струи семян, сбегающей с пластины-вибратора без вибрации, которая составила от 0,116 до 0,176 м/с, что недостаточно для истечения их из бункера без принудительных усилий, а под действием вибрации увеличивается в 4,5 раза (рисунок 3).

Для определения расчетных режимов истечения трудносыпучих семян использовалась вибродискретная высевающая система, разработанная в СКНИИМЭСХ совместно с ТНИИС по патенту № 2273979 (рисунок 4).

1

0,8 0,6

и

10,4 ^'0,2 0

>

0,5

1,5 /

2,5

Рисунок 3 - Зависимость скорости истечения семян кормовых трав от коэффициента внутреннего трения: 1 - без вибрации; 2 - под воздействием вибрации

Рисунок 4 - Схема вибродискретного высевающего аппарата: 1 — бункер; 2 - входное окно аппарата и высевное окно бункера; 3 — вибродискретный высевающий аппарат, 4 -пластина-вибратор; 5 - выходное высевное окно аппарата

Методом планирования эксперимента (рисунок 5) определены пропускная площадь высевного зазора и амплитуды колебаний пластины-вибратора Ал для высева различных культур вибродискретным высевающим

а) пшеница

Хзазор = 9274,2 + 683,8 ■ й)я -1434,5 • й)0 -- 296,5 ■ а>\ + 263,7 ■ юл • и0 - 26,6 ■ ю02 = = 980 мм2

в) житняк (среднесыпучий)

Ззиор = " 4>22 '1()5 + !.88 ■ Ю5 ■ ®я + 64780,6 • ®0 + + 9922,3 а>х2 -67868,5 -од ■<»„ ++20554,8 ej02 = = 1834,1 мм 2

б) фацелия (сыпучая)

5зазор =-68017,14-7944,35-®Л + 42153,5-®0 --4099,12-й>д2 + 9169,17-й>д-а0 -9356,14-®02 = = 1120 мм2

г) кострец безостый (трудносыпучий)

5зазоР =9,1-Ю5 -4,77-105 -шд +72869,9-ffl0 + + 57614,32-®д2 -9981,1-од • ю0 -2480,71 ®02 = = 3206,8 мм2

Рисунок 5 - Поверхности отклика и регрессионные модели площади высевного зазора для семян кормовых трав различной степени сыпучести от частоты колебаний пластины-вибратора сох и собственной частоты истечения семян а>0

аппаратом. Анализ графиков и регрессионных моделей позволяет сделать следующие выводы: на площадь пропускного отверстия бункера при воздействии виброполя с увеличением массового расхода влияние частоты колебаний пластины-вибратора снижается. Чем меньше массовый расход семян, тем выше влияние частоты колебаний пластины-вибратора на параметр выпускного отверстия. Для трудносыпучих семян параметр пропускного отверстия в основном зависит от амплитуды колебаний пластины-вибратора, так

как усилие падающих на него семян не слишком значительно и не создают на

пластине-вибраторе достаточный прогиб ph

J2 Р

dt1

, а вторые производные (ус-

корения) - уже значительно заметнее.

Поверхности отклика зерновых (пшеница) и близких к ним семян трав (фацелии) имеют выпуклый характер с отчетливо выраженным центром оптимизации с амплитудой 10 мм и площадью высевного зазора 53alop = 9801120 мм2. Для семян трав с низкой степенью сыпучести (житняк, кострец безостый) поверхности отклика имеют вогнутый характер, а центр оптимизации смещается в сторону более низких частот пластины-вибратора, но с увеличенной амплитудой 32 мм и площадью высевного зазора 5зюор = 3206 мм2.

Возникает противоречие между необходимостью создания для семян с малой нормой уменьшенного зазора из бункера с малой пропускной способностью, а с другой стороны — увеличением зазора для высева трудносыпучих семян. Противоречие решается увеличением вектор-функции <тт в гибридной модели: усилением внешнего воздействия в зазоре пластиной-вибратором, либо с помощью повышения частоты сол, либо увеличением усилия в нём за счет мощности электрических импульсов Р.

Определение амплитуд колебаний и сил, возникающих в пластине-вибраторе и потоках семян, рассчитывалось по методике J. Wilson с учетом особенностей рассматриваемого процесса: нагрузка на пластину-вибратор

Fi , где Fx - усилие на пластине-вибраторе, г/с; Q - норма высева,

кг/га; — - массовый расход семян (доза), г/мин; D, - коэффициент усиле-dt

ния, определенный в данном исследовании -1,33; амплитуда пластины-вибратора Ах , где М - интегральная масса пластины-вибратора,

кг; I - длина пластины-вибратора, м; амплитуда колебаний потока семян

Силы, возбуждающая пластиной-вибратором f/ = С • Л0', г/с и возбуждаемая в потоке семян F0 = +D, • Fx , где С - жесткость пластины-вибратора, кг/с2, и их расчетные данные приведены графически (рисунок 6). Наглядно видно, что амплитуда Ак и частота реальной пластины-вибратора тх с ограниченной частотой вибрации 6,7 Гц и амплитудой 12 мм для семян с нормальной сыпучестью имеют коэффициент запаса для необходимых усилий пластины-вибратора, высевающего сыпучий материал с заданным массовым расходом семян (фацелия, житняк).

Для заданных агротехническими требованиями норм высева трудносы-

пучих семян (кострец безостый) и их склонности к сводообразованию - уровень мощности электрического импульса, подаваемого на электромагнит, увеличивать необходимо изначально.

Ах, АД 20 Ао, А0',

АТТ

..................[................. 3«'

А,. Ро'

к

6 8 10 12 14 16 18

О, кг/га

АТТ

А,., АД 20 А0, Ао', мм; 15

Г0, г0', 10

г/с

> 1 До'

¿■01 у -Го' ).' _

«С к

ШЯЩ-

4 6 8 10 12 14 16 18

О, кг/га

АТТ

А„А,\ Ао, А,)', мм;

?о> г0',

г/с

а) фацелия (сыпучие)

б) житняк (среднесыпучий)

в) кострец безостый (трудносыпучий)

Рисунок 6 - Зависимость амплитуды колебаний и возникающих сил пластины-вибратора от дозирования (нормы высева): лЛ-амплитуда колебаний пластины-вибратора, 12 мм; ал'— теоретическая амплитуда колебаний пластины-вибратора; л0, л0'- амплитуда колебаний семян на пластине-вибраторе, ограниченная и теоретическая; , усилие на пластине-вибраторе, соответственно ограниченное и теоретическое; Р,,, усилие воздействия на поток семян, соответственно ограниченное и теоретическое

О 5 10 15 20 25 30 35

С?, кг/га

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» изложены задачи экспериментальных исследований, программа исследований, перечень оборудования и приборов. Лабораторные исследования проводились: для изучения физико-механических свойств семян кормовых трав различной степени сыпучести; для исследования влияния мощности электрического импульса, подаваемого на электромагнит, на качество истечения и дозирования семян и уточнения рациональных параметров вибродискретного высевающего аппарата и режимов его работы при высеве семян кормовых трав различной степени сыпучести.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» приведены физико-механические характеристики семян кормовых трав и их анализ, который показал, что длина трудносыпучих семян костреца безостого значительно превышает злаковые, а по толщине имеют самый малый размер. Такие семена ближе к пластинам, а не к шару. Кроме того, силы трения скольжения семян костреца безостого относительно друг друга сильно изменяются в зависимости от того, каким размерным параметром соприкасаются семена. Отсюда и следует повышенная степень укладки семян в свод и необходимость его разрушения переориентацией семян в потоке, что и достигается при вибрации. Фрикционные свойства семян трав кормовых культур представлены таблично.

Таблица - Фрикционные свойства семян кормовых трав

Фрикционные свойства Эспарцет Фацелия Житняк Овсяница Пырей Кострец безостый

Сыпучие Среднесыпучие Трудносыпучий

Угол естественного откоса, а0 44° 52° 53° 55° 56° 65°

Коэффициент внутреннего трения, /в 0,97 1,26 1,35 1,47 1,50 2,18

Коэффициент истечения, ки 0,57 0,50 0,48 0,46 0,45 0,38

Коэффициент трения движения о сталь, /д 0,58 0,51 0,49 0,55 0,52 0,48

Коэффициент трения покоя о сталь, /п 0,68 0,62 0,64 0,65 0,66 0,65

Наибольший коэффициент внутреннего трения отмечен у костреца безостого, что и определяет связность семенного материала и предопределяет наименьший коэффициент истечения.

Выполнены исследования по высеву семян кормовых трав (обычной,

средней и низкой степенью сыпучести) при различной мощности электрического импульса Р, подаваемого на электромагнит, создающий переменное магнитное поле, в котором колеблется пластина-вибратор с постоянной частотой 6,7 Гц. Определены неравномерность и неустойчивость высева семян трав от заданной нормы высева. Результаты исследований представлены графически на рисунках 8, 9.

а) эспарцет

е = -0,12Р2 + 8,55/>-18,2, (кг/га); // = -19,9 • 10-3 • Р2 - 0,54 - Р - 5,053, (%); в) житняк

16 14 12 Ьо •¡2 8 а6

4 2 0

1 / N ■ ♦

Я1 в 0,965

Й1 = 0,98<

4

3,5 3

2,5 ч?

2 в-

1,5 1

0,5 О

4 5 6 7

Р, Вт

<2 = 0,32Р2 + 2,7?-17,1 (кг/га); Я = -1,81-Р2 +19,9-Р-51,024 (%);

д) пырей

11 13 15 Р,Вт

<2 = -0,13Р2 + 4,91?- 20,35 (кг/га);

0,97?-2,04 (%);

б) фацелия

б = 0,77?2 + 3,26? -8,5 (кг/га), Я = -3,314Р2 + 19,065?-23,32 (%

г) овсяница

4 5 ^.вт7 8 9 £ = -4,б?2 + 68,2 ? - 233,1 (кг/га);

Я = -0,486• Р2 + 6,043•/'—15,547 (%);

е) кострец безостый

35 зо 25 20 2 15

и ю

О 5 0

П1 = 0,987

• -нв

Я* =0,957

4

3

1Й

о

0 5 р Вт 10 15

е =-0,18Р2+6,65?-24,85 (кг/га); Я = -125,4 • 10"3 Р2 + 2,23Р - 6,75 (%);

Я = ^15,4-Ю"3?2

Рисунок 8 — Зависимость нормы высева кг/га и неравномерности высева Нв, % семян кормовых трав от мощности электрического импульса Р, Вт

Анализ приведенных данных аппроксимации наглядно свидетельствует о существенном изменении второй производной (ускорение изучаемого пара-

метра потока семян в вибрационном поле), то есть изменяется направленность сил в потоке. А это свидетельствует о косвенном изменении сил трения, то есть о переформировании сыпучей среды в потоке.

з

2,5 2

Я 1

0,5 О

а) эспаоиет

11' = 0,8 1 ♦

Я1 = 0,2( Л ^ 4 » ♦

25 50 75 О, кг/га

Нв = 489 • КГ* • О1 - 74418 • 1(Г6 • б + 4,28, Ну = 136 • 10"6 ■ О1 - 18574 -10~6 • 2 + 0,97 ;

5 4

3 *2

«1

б) фацелия

♦ ♦ нв

♦

0.823

* / А А ♦

0,049 А А А

0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 О, кг/га

Нв = -53 • 10 "Зе2 + 798,5 • 10"32 + 1,10, Ну = -1,5 • 10~3 • д2 -12,2 • 10~3 • £> + 1,40 ;

в) житняк

В"» 0,241

0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 О, кг/га

Я „ = -39 • 10"3д2 + 589 • 10"32 +1,49, Ну = 27 • Ю-3 • О1 - 549 • 10"3 • <2 + 4,0 ;

г) овсяница

5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 О, кг/га

Нв = -70-10"3-е2 +1,6-2-4.87, Ну = 16 • 10"3 • О2 - 334 ■ Ю-3 • 2 + 2,25 ;

3,5 3 2,5

0,5 0

д) пырей

15 20 О, кг/га

е) кострец безостый

Я18 0,940 ♦ 1 Мв

1 у^* А: X >,/ - 1 | 0,45 1 А /у 0*"

А ♦ к

0 5 10 15 20 25 30 35 О, кг/га

Я„ = -10,20 • 10"3 ■ £?2 + 315,5 7 • 10~3 ■ С? + 0,703, Яв = -12 • 10~3 • £2 + 0,43 • - 0,48

Ну = 20 • 10~3 -22 - 539,56 • 10~3 • 2 + 4,18 " -ппт.л2_пи/:.1п-3.

Ну = 0,001 2 -0,116-Ю-3 -2 + 2,52

Рисунок 9 - Зависимость неравномерности Нв, % и неустойчивости Ну, % высева семян кормовых трав от нормы высева О, кг/га

Кривые неравномерности и неустойчивости высева трудносыпучих семян носят параболический характер с противоположной выпуклостью кривых и снижаются при повышении норм высева и соответственно увеличению напряженности вибрации. Для семян с нормальной сыпучестью (фацелия) неравномерность высева в вибрационном поле носит более пологий характер,

так как соотношение коэффициентов трения движения и покоя близко к единице, а коэффициент истечения значительно выше, чем у трудносыпучих, к тому же норма высева семян выше, чем у трудносыпучих.

Полевые исследования посева семян овсяницы вибросеялкой СК-3,0Б, проведены в ОАО «Реммаш» на полях Глазовского района Удмуртской Республики. В результате проверки установлено, что предложенное усовершенствование повышения скважности вибрационного поля позволило высевать семена овсяницы с неравномерностью и неустойчивостью высева не более 2%, что значительно (в разы) эффективнее работы катушечных аппаратов.

В пятой главе «Оценка экономической эффективности вибродискретной высевающей системы при высеве семян кормовых трав» изложен расчет экономической эффективности, подтверждающий целесообразность использования вибродискретной высевающей системы при высеве семян кормовых трав. Использование данной системы позволит получить около 94691,52 рублей дополнительной прибыли от сокращения расхода семян кормовых трав при посеве со сроком окупаемости дополнительных затрат 0,6 года. Чистый дисконтированный доход составляет (в расчете за 8 лет существования проекта) 360413,5 рублей.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований позволяют сделать следующие выводы:

1. Анализ результатов научных исследований и существующих конструкций высевающих аппаратов не обеспечивают агротехнические требования на посев кормовых трав с малыми сыпучестью и нормой высева. Высевающие аппараты выполняют раздельные процессы высева семян из бункера и обеспечения нормы высева, а математические модели для исследований в основном применимы к сыпучему материалу с достаточно высокими объёмным весом и нормой высева.

2. Аналитические исследования одновременного истечения и дозирования семян трав с различной степенью сыпучести из бункера и создания заданной нормой высева позволили установить следующее:

- с учетом переменного характера физико-механических свойств трудносыпучих семян в вибрационном поле гибридная модель, включающая в себя интенсивность истечения семян из бункера и обеспечение её возбуждающими колебаниями пластиной-вибратором, должна быть дополнена интегрирующим элементом, учитывающим диапазон изменения пластичности семян (запаздывание);

— управление процессом массового расхода семян кормовых трав осуществляется под воздействием мощности электрического импульса, подаваемого на электромагнит, создающий переменное магнитное поле, в кото-

ром колеблется пластина-вибратор, образующая напряжения в объёме семян у выгрузного отверстия бункера, перераспределяющего в нём силы трения скольжения семян друг о друга, увеличивая дополнительное перемещение семян с пластины-вибратора:

— собственная скорость истечения трудносыпучих семян кормовых трав без вибрации составляет от 0,116 до 0,176 м/с, что недостаточно для истечения их из бункера без принудительных усилий, а под воздействием вибрации увеличивается в 4,5 раза.

3. Аналитические исследования математических и регрессионных моделей позволило установить взаимосвязи между режимами и параметрами в системе «поток семян - пластина-вибратор»;

— на площадь пропускного отверстия бункера под воздействием вибрационного поля основное влияние оказывают частоты колебаний пластины-вибратора и собственная частота истечения семян. С увеличением массового расхода семян влияние частоты пластины-вибратора снижается;

— площадь высевного зазора и амплитуда колебаний пластины-вибратора для семян с различной степенью сыпучести определена по регрессионным зависимостям:

-для сыпучих семян трав, близких к зерновым:

фацелия: при ал = 3,25с"1, ¿ц, = 3,75с"1, л;яор = 1120 мм2, Л=\ 1,2 мм;

— для среднесыпучих трав, близких к зерновым:

житняк: при ал=3,26с~', щ, = 3,7с~', 5зюор = 1834Длш2, /1=18,3 мм;

— для трудносыпучих семян трав:

кострец безостый: при <ол = 4,6с-1, щ = 5,4с"1, 5зюор = 3206,8мм2, А=32 мм;

— поверхность отклика сыпучих и среднесыпучих семян злаков и трав представляет собой выпуклые поверхности с отчетливо выраженным «центром» оптимизации при соотношениях частот колебаний вибратора еол и частот истечения <и0: для сыпучих зерновых - 12-13 с'1 и 22 с"1 соответственно; для сыпучих семян трав 3,5 с"1 и 4 с"1 соответственно; для среднесыпучих семян трав (житняк) 3 с"1 и 4 с'1 соответственно; для трудносыпучих семян трав (кострец безостый) — поверхности отклика вогнутые, центр оптимизации снижается в сторону низких частот 5 с'1 и 6 с"1 соответственно;

— возникающие противоречия повышения зазора и амплитуды колебаний пластины-вибратора для трудносыпучих семян при истечении с понижением зазора для высева малых норм высева и склонностью к сводообразова-нию решено необходимостью усиления внешнего воздействия в зазоре пластиной-вибратором, увеличением либо частотой сол, либо увеличением усилия Гл путем накачки мощности электрического импульса (увеличением прогиба пластины-вибратора);

- для обеспечения малых норм высева семян кормовых трав от 3 до 25 кг/га возникающие усилия в пластине-вибраторе и потоке семян 1г0, а также амплитуды Ах и А0 соответственно должны быть не ниже следующих:

- для сыпучих семян трав:

=9,92 г/с, Ал' =10,56 мм, =13,2 г/с, Ао =14,04 мм;

- для среднесыпучих трав:

^ =9,64 г/с, Ах =10,26 мм, =12,82 г/с, V =13,64 мм;

- для трудносыпучих семян трав:

=20,43 г/с, =21,74 мм, =27,18 г/с, А0' =28,92 мм;

- расчетные амплитуды и частоты реальной пластины-вибратора для семян с нормальной сыпучестью имеют коэффициенты запаса мощности для необходимых усилий пластины-вибратора и его прогиба; для трудносыпучих семян с малой нормой высева необходимо увеличивать мощность электрического импульса, подаваемого на электромагнит, изначально.

4. Экспериментальные исследования позволили установить физико-механические свойства семян трав с различной степенью сыпучести:

- объёмная масса у сыпучих семян эспарцета - 400,0 кг/м3, фацелии -521,0 кг/м3; у среднесыпучих семян: житняка - 330,8 кг/м3, овсяницы - 299,0 кг/м3 , пырея - 164,0 кг/м3; у трудносыпучих семян костреца безостого -168,3 кг/м3;

- коэффициент уплотнения: у сыпучих семян эспарцета - 1,06, фацелии - 1,09; у среднесыпучих семян: житняка - 1,12, овсяницы - 1,13, пырея -1,17; у трудносыпучих семян костреца безостого - 1,17;

- коэффициент истечения: у сыпучих семян эспарцета - 0,57, фацелии -0,50; у среднесыпучих семян: житняка - 0,48, овсяницы - 0,46, пырея - 0,45; у трудносыпучих семян костреца безостого - 0,38;

- форма семян трудносыпучих семян значительно отличается от шаровидной формы, ближе к пластине.

5. Экспериментальными исследованиями установлены зависимости норм и неравномерности высева семян с различной степенью сыпучести от мощности импульса, подаваемой на электромагнит от 2 до 16 Вт. При амплитуде колебаний пластины-вибратора 12 мм, частоте 6,7 Гц для трудносыпучих семян костреца безостого мощность импульса для норм высева от 5 до 25 кг/га составляет 4-12 Вт; для среднесыпучих - овсяницы газонной 6-8; житняка 5 - 6,5; пырея 7 -15; сыпучих - фацелии 2,5 -3,5; эспарцета 8-16 Вт;

- неравномерность высева всех семян различной степени сыпучести при найденных режимах работы вибродискретной высевающей системы не превышает 3,0%, а неустойчивости - от 0,3 до 2,1%.

6. Данные технико-экономического анализа подтверждают целесообразность использования вибродискретной высевающей системы при высеве семян кормовых трав. Использование данной системы позволит получить около 94691,52 рублей дополнительной прибыли от сокращения расхода семян кормовых трав при посеве со сроком окупаемости дополнительных затрат 0,6 года. Чистый дисконтированный доход составляет (в расчете за 8 лет существования проекта) 360413,5 рублей.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

а) в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Семенихина, Ю.А. Оптимизация высоты посевных окон вибрационного дозатора семян / Ю.А. Семенихина // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 2011. — №8. - С.32.

2. Семенихина, Ю.А. Повышение эффективности высева трудносыпучих семян

/ Ю.А. Семенихина, Н.М. Беспамятнова // Техника в сельском хозяйстве. - 2012. - №5. -С.12-13.

б) в сборниках научных трудов

3. Семенихина, Ю.А. Исследование конструктивных параметров электромагнитного дозатора универсальной высевающей системы / Ю.А. Семенихина // Исследование и разработка современных технологий и средств механизации в полеводстве Юга России: сборник научных трудов Международной научно-практической конференции «Приоритетные направления исследований и разработка новых технологий и технических средств» 15-16 мая 2007 г. - Зерноград, 2007. - С.70-79.

4. Семенихина, Ю.А. Синтез параметров вибратора универсальной высевающей системы / Ю.А. Семенихина // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: материалы Международной научно-практической конференции в рамках 12-й международной агропромышленной выставки «Интерагромаш». - Ростов-на-Дону, 2009. - С.69-73.

5. Семенихина, Ю.А. Некоторые физико-технологические свойства семян кормовых культур / Ю.А. Семенихина // Агроинженерная наука в сфере АПК: инновации, достижения: сборник научных трудов 7-й Международной научно-практической конференции «Агроинженерная наука в повышении энергоэффективности АПК». - Зерноград, 2012. -С.117-181.

6. Семенихина, Ю.А. Динамика высева семян в вибрационном поле / Ю.А. Семенихина, Н.М. Беспамятнова, В.В. Головин // Materialy VIII miedzynarodowej naukowi - prak-tycznej konferencji «Dinamika naukowych badan - 2012». - Przemsl, 2012. - Str. 66-76.

7. Семенихина, Ю.А. Высев семян трав в вибрационном поле / Ю.А. Семенихина, Н.М Беспамятнова // Высокоэффективные технологии и технические средства в сельском хозяйстве: Донская аграрная научно-практическая конференция «Инновационные пути развития агропромышленного комплекса: задачи и перспективы»: 25-26 октября 2012 г. -Зерноград, 2012. - С.55-59.

ЛР 65-13 от 15.02.99. Подписано в печать 31.05.2013. Формат 60x84/16. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №223.

©РИО ФГБОУ ВПО АЧГАА 347740, Зерноград, Ростовской области, ул. Советская,15.

Российская академия сельскохозяйственных наук

Государственное научное учреждение СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ НА УЧНО-ИССЛЕДОВА ТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЕХАНИЗАЦИИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ СКНИИМЭСХ Россельхозакадемии)

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ВЫСЕВА СЕМЯН КОРМОВЫХ ТРАВ ВИБРОДИСКРЕТНОЙ ВЫСЕВАЮЩЕЙ СИСТЕМОЙ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

04201360547

На правах рукописи

Семенихина Юлия Александровна

сельского хозяйства

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук профессор Беспамятнова Н.М.

Зерноград 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

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

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ... 10

1.1 Биологические особенности семян кормовых трав.............. 10

1.2 Обзор существующих способов высева семян кормовых

трав и средств для их осуществления................................ 13

1.3 Анализ работ отечественных ученых в области

вибровысева семян сельскохозяйственных культур.............. 24

1.4 Выводы и задачи исследований....................................... 33

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИСТЕЧЕНИЯ

СЕМЯН КОРМОВЫХ ТРАВ................................................ 35

2.1 Особенности истечения трудносыпучих семян в вибрационном поле (анализ гибридной модели).................. 35

2.2 Определение параметров и режимов вибродискретной высевающей системы одновременного истечения из бункера и дозирования семян кормовых трав

различной степени сыпучести......................................... 53

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ............................................................. 69

3.1 Задачи экспериментальных исследований.......................... 69

3.2 Программа экспериментальных исследований..................... 70

3.3 Оборудование и приборы для проведения исследований........ 71

3.4 Методика определения лабораторных исследований............ 73

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ .... 82

4.1 Физико-технологические свойства семян кормовых трав....... 82

4.2 Лабораторные исследования режимов работы вибродискретной высевающей системы при высеве

семян кормовых трав.................................................... 90

5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ВИБРОДИСКРЕТНОЙ ВЫСЕВАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ПРИ

ВЫСЕВЕ СЕМЯН КОРМОВЫХ ТРАВ.................................. 100

ВЫВОДЫ.............................................................................. 115

ЛИТЕРАТУРА........................................................................ 119

ПРИЛОЖЕНИЯ...................................................................... 130

ВВЕДЕНИЕ

При возрождении животноводческой отрасли возрастает необходимость возделывания растительной кормовой базы. Кормопроизводство имеет важное и разностороннее значение, так как обеспечивает дешевые и разнообразные корма: зеленную массу, сено, сенаж, силос, травяную муку, брикеты, гранулы и др. Кормовые культуры применяют в качестве сидера-тов, позволяющих улучшать структуру почвы, восстанавливать гумус почвы, обогащают водный и воздушный режимы. Агротехническое значение таких культур в качестве фитомелиорантов заключается в предотвращении водной и ветровой эрозии, дренировании почвы, угнетении роста сорняков. Среди огромного разнообразия кормовых культур особую группу занимают семена, отличающиеся плохой сыпучестью, например, кострец безостый, разновидности овсяницы, житняк и др.

Для каждого типа сеялок разработано большое количество высевающих аппаратов, которые служат для отбора семян из общей массы и формирования дозированного потока с заданными параметрами.

При высеве семян с низкой сыпучестью и повышенной связностью существующие конструкции и системы привода современных высевающих аппаратов не обеспечивают агротехнические требования для посева (норму высева, неравномерность и неустойчивость высева).

В ГНУ СКНИИМЭСХ Россельхозакадемии разработаны новые вибрационные высокоточные технологии приема и операций посева сельскохозяйственных культур и удобрений с использованием сменных сошниковых блоков и высевающих аппаратов вибродискретного действия, позволяющих высевать весь диапазон сельскохозяйственных культур. Однако, процесс истечения среднесыпучих и трудносыпучих семян кормовых культур недостаточно исследован ранее.

В работе проведено исследование истечения семян следующих кормо-

вых культур с различной степенью сыпучести: эспарцета, фацелии, житняка, овсяницы, пырея, и костреца безостого из бункера с заданной нормой высева как динамический процесс с изменяющейся нормой высева материала с собственной частотой и скоростью истечения при управлении этим потоком внешних воздействий вибратора, обеспечивающих агротехнические требования посева этих культур.

Поэтому, обоснование параметров и режимов работы вибродискретного высевающего аппарата для высева трудносыпучих и обычных культур, обеспечивающих выполнение агротехнических требований, является актуальным и своевременным.

Научная гипотеза состоит в том, что повышение качества высева трудносыпучих семян возможно при создании вибрационного поля на выходе из бункера путём изменения направленности скоростей и ускорений высеваемого потока для искусственного понижения силы трения и связности сыпучего материала (разрушение связей между семенами).

Цель исследования - повышение качества высева семян кормовых трав вибродискретной высевающей системой путём совершенствования технологического процесса дозирования вибродискретным высевающим аппаратом.

Объект исследования - технологический процесс высева семян кормовых трав различной степени сыпучести, выполняемый исполнительной вибросистемой высева.

Предмет исследования - закономерности взаимодействия качественных показателей высева семян кормовых трав различной степени сыпучести и параметрами и режимами вибродискретной высевающей системой.

Научная новизна заключается в выявлении закономерностей создания управляемого процесса истечения и дозирования семян кормовых трав различной степени сыпучести с использованием виброэффектов. Уточнена и проанализирована гибридная модель истечения и дозирования семян с различной степенью сыпучести, учитывающая диапазон изменения

пластичности семян. Определены физико-механические свойства трудносыпучих семян при истечении их в вибрационном поле.

Практическая значимость работы заключается в получении аналитических зависимостей, которые могут быть использованы при проектировании высевающих виброаппаратов, определении параметров и режимов устойчивого функционирования и обеспечения точного управления дозированием потока семян кормовых трав различной степени сыпучести. Уточненная математическая модель истечения и дозирования трудносыпучих семян может применяться для настройки вибродискретного высевающего аппарата на оптимальные режимы работы при посеве с различными свойствами сыпучести.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научно-практических конференциях ГНУ СКНИИМЭСХ (бывший ВНИПТИМЭСХ) (2007-2012гг.), ФГОУ ВПО ДГТУ (2009г.), РгеешуБ! (Польша, 2012г.), ФГБОУ ВПО АЧГАА (2012г.).

Публикация результатов работы. Основные положения диссертации опубликованы в семи работах, в том числе в двух изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ: «Механизация и электрификация сельского хозяйства» (2011, №8), «Техника в сельском хозяйстве» (2012, №5). Общий объём опубликованных работ составляет 2,42 п.л.

Работа выполнена в СКНИИМЭСХ в соответствии с Планом фундаментальных и приоритетных прикладных исследований Россельхозака-демии по научному обеспечению развития АПК Российской Федерации на 2011-2015 годы по этапу 09.01.02 «Разработать наукоёмкие ресурсосберегающие машинные технологии и технические средства возделывания и уборки зерновых, масличных и других культур».

На основании выполненных исследований:

- разработана новая научная идея интенсификации процесса дозирования трудносыпучих семян путем создания вибрационного поля в потоке мелкосеменных трудносыпучих семян кормовых культур с возможностью

точного управления дозированием потока;

- предложены: новая научная идея, обогащающая научную концепцию создания управляемого процесса истечения трудносыпучих семян из бункера под воздействием мощности электрического импульса; получены эксплуатационные значения режимов вибродискретного высевающего аппарата;

- доказана перспективность использования полученных теоретических положений повышения эффективности процессов высева семян при разработке новых вибрационных дозирующих систем высева семян трав кормовых культур с различной степенью сыпучести.

Основные положения, выносимые на защиту:

- результаты обоснования управляемого процесса снижения неравномерности и неустойчивости истечения и дозирования трудносыпучих семян при повышенных коэффициентах трения и малой массы высеваемого материала;

- уточненная математическая модель истечения и дозирования семян различной степени сыпучести, устанавливающая взаимосвязь между массовым расходом семян кормовых трав и параметрами и режимами вибродискретного высевающего аппарата;

- данные экспериментальных исследований физико-механических свойств семян с различной степенью сыпучести и процессов истечения и дозирования трудносыпучих семян в вибрационном поле.

Теоретическая значимость исследования обоснована тем, что:

- доказана реальная возможность достижения точного дозирования трудносыпучих семян кормовых культур в чистом виде с малыми нормами высева путем создания вибрационного поля в истекающем потоке семян трав кормовых культур с различной степенью сыпучести;

- применительно к проблематике диссертации результативно использована теория массообмена;

- изложен вибрационный технологический процесс, выполняемый испол-

нительной подсистемой высева трудносыпучих семян при создании подвижного слоя в истекающем потоке;

- изучены закономерность собственной и задаваемой скоростей истечения семян при внешнем воздействии вибрационного поля;

- проведена модернизация существующей математической модели высева семян виброустройством, позволяющей получить новые результаты по совершенствованию процесса высева семян трав кормовых культур с различной степенью сыпучести.

Значение полученных результатов исследований для практики подтверждается тем, что:

- разработаны и внедрены рекомендации по технологии высева трудносыпучих семян; материалы исследований переданы в ООО «Реммаш» (г. Глазов Удмуртской Республики) и используются при создании сеялки «Глазовчанка»;

- определены преимущества и перспективы использования вибрационного процесса при истечении семян трав кормовых культур с различной степенью сыпучести для проектных организаций сельскохозяйственных предприятий;

- созданы практические рекомендации по интенсификации высева семян трав кормовых культур с различной степенью сыпучести и регламент по операции этого технологического процесса («Технологический регламент» Приложение I);

- представлены рекомендации по совершенствованию посевных машин вибродискретного действия с сокращением норм высева для семян трав кормовых культур с различной степенью сыпучести.

Оценка достоверности результатов исследований выявила:

- для экспериментальных исследований разработаны методики с использованием межрегиональных, национальных и отраслевых стандартов и документов; при обработке экспериментальных данных применены методы математической статистики;

- теория базируется на общепринятых положениях теории массообмена, механики насыпных грузов и не противоречит опубликованным работам

Р.Л. Зенкова, В.А. Богомягких, Н.М. Беспамятновой, В.Н. Денисова;

- идея базируется на результатах практического опыта развитых стран мира, литературных источниках смежных наук, проблем и тенденций;

- использованы результаты ранних исследований Р.Л. Зенкова, В.А. Богомягких, Н.М. Беспамятновой, и др., полученные автором новые данные дополняют общие тенденции науки и практики;

- установлено отсутствие аналогичных по сути и содержанию результатов по тематике исследования в независимых источниках;

- использованы методы сбора данных, обеспечивающие достоверность полученных результатов с достаточным уровнем надежности.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Биологические особенности семян кормовых трав

Кормовые травы широко представлены как зерновыми, так и бобовыми растениями.

Среди злаковых трав, рекомендованных к возделыванию на кормовые цели и использованных в экспериментальных исследованиях, представлены: житняк ширококолосый, пырей бескорневищный, кострец безостый, овсяница луговая. Из бобовых трав исследования проводились с семенами эспарцета и фацелии.

Эспарцет (Onobrychis viciifolia Scop.) - многолетнее растение из семейства бобовые. Соцветие - длинная кисть с розовыми или красными цветками; плод -односемянный боб полушаровидной формы с шипиками и без, с трудом отделяемыми от семян. Поэтому, их обычно высевают с оболочкой. Семена фасоле-видной формы с гладкой, блестящей кожицей зеленовато-бурого цвета. Сильноразвитая корневая система проникает в почву на глубину 1-2 м. Норма высева эспарцета в чистом виде при широкорядном посеве 25-35 кг/га, при сплошном рядовом - 70-100 кг/га [34, 35, 44].

Фацелия пижмолистная (Phacelia tanacetifolia Benth.) - растение относится к семейству Водолистниковые. Цветки правильные, на коротких цветоножках или почти сидячие, собраны в густые или редкие колосовидные соцветия, голубые, фиолетовые, белые или редко грязно-желтые. Венчик колокольчатый, ко-локольчато-трубчатый или почти колосовидный. Плод - коробочка. Семена мелкие, на 1 г приходится около 700 семян. Фацелия пижмолистная не поражается болезнями и вредителями, является фитосанитарной культурой, подавляет рост и развитие сорняков, размножающиеся на корнях фацелии азотфиксирую-щие бактерии обогащают почву соединениями азота, глубоко разрыхляют почву и обогащают её органикой при запашке. Фацелия - хороший медонос. Воз-

делывают фацелию обычно в качестве поукосной и пожнивной культуры. Она хорошо удается по пласту трав. Её высевают в промежуточных посевах в чистом виде с междурядьями 15 и 30 см и в смесях. Норм высева семян в чистых посевах в зависимости от ширины междурядий и плодородия почв от 6-8 до 1020 кг/га. Укосной спелости достигает в фазе бутонизции, через 40-55 дней после сходов [34, 44, 50].

Житняк ширококолосый (Agropyron pectiniforme Roem. et Schult.) - многолетний рыхлокустовой злак, ксерофит. Относится к семейству злаковых, роду пыреев. Является равнинным растением, отличается узким колосом, обладает высокой морозостойкостью, неприхотлив к составу почвы. Семена классифицированы как нетекучие. Применяется при организации искусственных пастбищ, залужении спортивных площадок, газонов. Образует плотную дернину, улучшает структуру и плодородие почвы. Применяется для закрепления эродированных почв. Формирует урожай зеленой массы - 8-15 т/га, сена - 15-20 ц/га. Средний урожай семян - 1,0-3,0 ц/га. Норма высева семян житняка в чистом виде при обычном рядовом посеве 10-12 кг/га, для широкорядного 6-8 кг/га [34, 44, 49, 50, 52].

Овсяница луговая (Festuca pratensis Huds.) - многолетний злак, мезофит. Соцветие - метелка. Плод - зерновка, удлиненная, желобчатая, серовато-желтоватая. Масса 1000 семян 2,2-2,4 г. Овсяница луговая имеет мощную мочковатую корневую систему, нередко проникающую на глубину свыше 1,5 м. Однако, основная масса корней расположена в верхнем слое почвы на глубине 18-20 см. и хорошо расчленяет ее на мелкие комочки. Улучшает структуру и плодородие почвы. Применяется для закрепления эродированных почв. Формирует урожай зеленой массы за 2 укоса - 200-380 ц/га, сена - 54-92 ц/га. Средний урожай семян - 2,5-5,0 ц/га, а в лучших случаях до 8,0-10,0 ц/га. Глубина заделки семян 2 - 3 см. Норма высева семян в чистом виде: при широкорядном посеве - 8 - 9 кг/га, при сплошном рядовом - 15 - 16 кг/га [34, 44].

Пырей бескорневищный (Roegneria trachycaulon Nevski). Соцветие - колос, чаще прямой, рыхлый, двухсторонний, 10-15 см длиной. Колоски 2-3 цветко-

вые, почти сидячие, слабо сжатые с боков. Колосковые чешуи с шероховатыми от шипиков жилками, на внутренней стороне с коротким пушком. Нижние цветковые чешуи по спинке голые, крайне редко с одиночными шипиками в верхней части, с прямой остью, равной чешуе или длиннее. Семена (зерновки) соломенно-желтого цвета, продолговатые, наверху волосистые, с внутренней стороны слабовогнутые. Улучшает структуру и плодородие почвы. Применяется для закрепления эродированных почв и создания искусственных пастбищ, а также в кормопроизводстве. На второй год жизни формирует урожай зеленой массы 140-270 ц/га, сена - 30-60 ц/га. Средний урожай семян - 3,0-4,0 ц/га. Норма высева при сплошном рядовом посеве - 16-18 кг/га, при широкорядном -8-10 кг/га [1,34, 44, 49].

Кострец безостый (Вготш тегпнБ ЬеуББ.) [34, 44, 48]. Соцветие - метелк