автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение качества высева трудносыпучих мелкосемянных культур разработкой и применением универсального дисково-щеточного высевающего аппарата пневматической селекционной сеялки

На правах рукописи

КРЮЧИН ПАВЕЛ ВЛАДИМИРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ВЫСЕВА ТРУДНОСЫПУЧИХ МЕЛКОСЕМЯННЫХ КУЛЬТУР РАЗРАБОТКОЙ II ПРИМЕНЕНИЕМ УНИВЕРСАЛЬНОГО ДИСКОВО-ЩЕТОЧНОГО ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СЕЛЕКЦИОННОЙ СЕЯЛКИ

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пенза-2013

29 АВГ 2013

005532318

ном V,™" федеральном государственном бюджетном образователь

няяТ1Т - ВЫСШеГ° опального образования «Самарская государствен

ная сельскохозяйственная академия» (ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА)

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент Вдовкин Сергей Владимирович

Официальные оппоненты:

Ку хм азов Кухмаз Зейдулаевич

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», заведующий кафедрой «Эксплуатация машинно-тракторного парка»

Зайцев Василий Петрович

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА имени П.А. СтолВнпгпа», Доцент кафедры «Сельскохозяйственные машины»

Ведущая организация Федеральное государственное бюджетное

учреждении «Поволжская государственная зональная машиноиспытательная станция»

Защита состоится «20» сентября 2013 года в 10 часов на заседании диссеотаии-

440014 ^ Д ''к053-02 Н3 6336 ФГЮУ ВП° «Пензенская 440014, г. Пенза, ул. Ботаническая, 30, ауд. 1246.

ГСХА»' ДИС°ертаЦИеЙ можно знакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пензенская Автореферат разослан «20» августа 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Кухарев О.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Для обеспечения продовольственной безопасности страны в соответствии со стратегией развития селекции и семеноводства с.-х. культур в Российской Федерации на период до 2020 года, необходимо совершенствование отечественной селекции и семеноводства как основы успешного аграрного производства. При этом материально-техническая и технологическая база селекции я семеноводства устарела что не позволяет эффективно осуществлять селекциогап-и процесс и обеспечить производство высококачественных семян.

Производство и выведение новых сортов высококачественного семенного материала связано с посевом широкого набора культур, имеющих различные физико-механические свойства семян. Используемые в настоящее время селекционерами посевные машины в основном оснащены катушечными высевающими устройствами. Это можно объяснить тем, что они способны с хорошим качеством осуществлять высев сыпучих и среднесыпучих семян таких как пшеница, рожь, ячмень и др. Однако катушечные'высевающие аппараты не способны высевать трудносыпучие мелкосемянные культуры даже с использованием дополнительных вспомогательных устройств - ворошилок Невысокая универсальность этих высевающих аппаратов ведет к увеличению парка посевных машин, что значительно повышает затраты на производство высококачественного семенного материала. Поэтому работа, посвященная повышению качества высева мелкосемянных культур разработкой и применением универсального высевающего аппарата дисково-щеточного типа пневматической селекционной сеялки, является актуальной и имеет важное научное и хозяйственное значение для страны.

Степень разработанности темы. Уточнена классификация универсальных высевающих аппаратов, способных высевать семена различных с.-х. культур, уточнены физико-механические свойства семян рапса, пайзы и овсяницы луговой, разработана конструктивно-технологическая схема универсального дисково-щеточного высевающего аппарата, теоретически обоснованы закономерности, характеризующие влияние параметров дисково-щеточного высевающего аппарата на устойчивое транспортирование семенного материала в воронку семяпровода, проведена экспериментальная проверка работы универсального дисково-щеточного высевающего аппарата в полевых условиях на пневматической селекционной сеялке.

Работа проводилась по плану НИОКР ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА врамках задания 02 01 03: «Разработать комплекс приоритетной почвообрабатывающей и посевной техники высокого технического уровня с оптимальным набором сменных рабочих органов, адаптированных к различным почвенным условиям», согласно теме. «Совершенствование технологических процессов и рабочих органов посевных машин и комбинированных агрегатов, обеспечивающих энерго-ресурсосбережение при возделывании с.-х. и лесных культур» (№ ГР 01.2.00.801909). Р„™янных Цель работы. Повышение качества высева трудносыпучих мелкосемянных культур разработкой и применением универсального дисково-щеточного высевающего аппарата пневматической селекционной сеялки. Задачи исследований:

1. Обосновать конструктивно-технологическую схему и копсгрукш.ю уштер-салыюго дисково-щеточного высевающего аппарата пневматической селекционной сеялки с учетом физико-механических свойств семян различных культур,

2 Выполнить теоретические исследования технологического процесса дозирования семян универсальным дисково-щеточным высевающим аппаратом.

3. Исследовать в лабораторных условиях влияние основных конструктивно-технологических параметров семясбрасывающего валика на качественные показатели высева и определить оптимальные их значения.

4. Провести полевые исследования экспериментальной пневматической селекционной сеялки, оснащенной универсальным дисково-щеточным высевающим аппаратом при посеве семян с различными физико-механическими свойствами.

5. Определить технико-экономическую оценку использования экспериментальной пневматической селекционной сеялки на посевах участков размножения и первичного сортоиспытания в производственных условиях.

Объект исследований. Технологический процесс высева семян универсальным дисково-щеточным высевающим аппаратом пневматической селекционной сеялки.

Предмет исследований. Конструктивные и режимные параметры универсального дисково-щеточного высевающего аппарата пневматической селекционной сеялки.

Научную новизну представляют:

- конструктивно-технологическая схема и конструкция универсального дисково-щеточного высевающего аппарата пневматической селекционной сеялки;

- аналитическое выражение, устанавливающее функциональную зависимость угловой скорости вращения высевающего диска от конструктивно-технологических парамегров, при которой будет обеспечиваться устойчивое транспортирование семенного материала из бункера к семясбрасывающему валику;

- теоретические зависимости, описывающие перемещение частицы семенного материала винтовой поверхностью семясбрасывающего валика по высевающему диску;

- уравнения, определяющие траекторию движения концевой точки упругого элемента при воздействии на него потока семенного материала.

Новизна технического решения подтверждена патентом РФ на изобретение №2452166 «Высевающий аппарат».

Теоретическая и практическая ценность работы. Результаты научных исследований послужили основой для разработки универсального дисково-щеточного высевающего аппарата пневматической селекционной сеялки. Использование универсального дисково-щеточного высевающего аппарата на пневматической селекционной сеялке позволяет повысить, за счет равномерного высева, урожайность семян рапса, пайзы и овяницы луговой на 1-2%, 8-9% и 26-27% соответственно, а зеленной массы соответственно на 0,5-1%, 1-2% и 24-25% по сравнению с сеялкой, оборудованной катушечно-штифтовыми высевающими аппаратами.

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

Экспериментальная проверка теоретических исследований проводилась в лабораторных и производственных условиях на основе общепринятых методик в соответствии с действующими ГОСТ, ОСТ, а также с использованием теории планирования многофакторного эксперимента. Основные расчеты и обработка результатов экспериментов выполнялась на ЭВМ с использованием стандартных программ Mathcad и Excel.

Научные положения и результаты исследовании, выносимые на защиту:

1. Коструктивно-технологическая схема и конструкция универсального дисково-щеточного высевающего аппарата пневматической селекционной сеялки.

2. Аналитическое выражение, устанавливающее функциональную зависимость угловой скорости вращения высевающего диска от конструктивно-технологических параметров, при которых будет обеспечиваться устойчивое транспортирование семенного материала из бункера к семясбрасывающему валику, теоретические исследования процесса перемещения частицы семенного материала винтовой поверхностью семясбрасывающего валика по высевающему диску и зависимости, определяющие

траекторию движения концевой точки упругого элемента семясбрасывающего валика

от воздействия потока семенного материала. __„ семян от

3 Экспериментальные зависимости подачи и неравномерности высева «мян от конструктивно-тсхнологическ,[х параметров универсального дисково-щеточного вы-

СеВ^С оГмГные значення конструкт^но-технологическпх п=ов^ер-сального дисково-щеточного высевающего аппарата, обеспечивающие р^номерность высева семян с различными физико-механическими свойства», в соответствии с аг

исследований. Разработанный унивсрсальныйдис-ково-и^Гвы^й аппарат испытан „а пневматической ялке при посеве семян рапса, пайзы и овсяницы луговой в П™ск0" исследовательском институте селекции и семеноводства имени и-

Сгепень достоверности и апробация работы. Степень сходамости «®р«и ческих и экспериментальных данных определялась по критериям Стьюдента и Фише ра Гподхвер^ена экспериментальными исследованиями и

ей разработки универсального дисково-щеточного высевшощего аппарата в лаоора

торных и полевых условиях. ня научно-

Основные результаты исследований доложены и одобрны на. мучно

практических конференциях ФГБОУ ВПО вПО

«РГАЗУ» (2010г.), ФГБОУ ВПО «Самарская ГСХА» (2010...2012гт.) Ф ЬОУ Ш. «Волгоградская ГСХА» (2011г.), ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2011...2013г.), (ПГКПУ НПО «Саоатовский ГАУ им. Н.И. Вавилова» (2011г.).

По ре'¿татГ исследовании в 2010г. получен грант «Молодые новаторы аг-

РаР"° тЗ'ацин. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 19 на^ных работах из них одна статья опубликована без соавторов и 4 в изданиях, указан-ГвХеГ'вАК», получен патент РФ на изобретение. Материалы исследовании оттажень, в 4 отчетах по НИР с номерами государственной регистрации общим объемом X ИЗ ко™рых"о с , принадлежит соискателю. Общий объем публикации составляет

разделов, общих выводов, списка использованной литералы из 108 наименовании приложения. Работа изложена на 157 е., содержит 10 табл. и 71 рис.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темь, и изложены основные научные ппппжения и пезультаты исследований, выносимые на защиту.

В первом разделе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследовании» выполнен ан^"з посевных селекционных машин и определены направления развит,«, конструкций высевающих аппаратов существующих сеялок „,-тпйств вне-РУ Большой вклад в совершенствовании конструкции в"севающих устройств вне ели ученые Г.М Бузенхов, Ю.Д. Видш.еев, В.П. Горячкин, Ф ^П™Щенко В . Заи „ри V А Ивженко С В Кардашевский, А.Н. Карпенко, П.М., Н.П. Крючин, к., л. К^маов И П Ларюппш А Б Лурье, Н.И. Любущко, С.П. Мухин, Б.Г. Турбин и др.

На основГшш "роведеннош анализ конструкций высевающих ^

меняем"« для высева семян и туков с различными физико-механическими свойству ми установлаю, что целесообразно разрабатывать и использовать рабо-

чими этементами позволяющие захватывать семена, обеспечивать устойчивое дози роГш,е'Гнё^е^в^ подачу их за пределы бункера. Наиболее перспективным на-

правлением может быть разработка дискового высевающего аппарата со штифтовыми рабочими элементами и активным сбрасывателем.

На основе анализа литературной и патентной информации сформулированы цель и задачи исследований.

Во втором разделе «Физико-механические свойства семян высеваемых культур» изучены физико-механические свойства семян овсяницы луговой сорта «Пензенская 1», пайзы сорта «Перспектива» и рапса сорта «Галант», получены (размерные характеристики, фрикционные свойства и объемная масса семян), необходимые для разработки и обоснования конструктивно-технологических параметров дис-ково-щеточного высевающего аппарата.

Исследования физико-механических свойств семян овсяницы луговой, пайзы и рапса проводились по методике, разработанной на основе требований государственных стандартов, а также на основе методики ВИСХОМа. Обработка полученных результатов выполнялась с использованием методов вариационной статистики.

В результате исследования физико-механических свойств семян овсяницы луговой, пайзы и рапса, определены средние значения их размеров, которые в соответствии с классификацией форм относятся к эллипсовидной, пирамидальной и шаровидной форме, а при определении фрикционных свойств, установлено, что их семена соответственно относятся к трудносыпучим, среднесыпучим и сыпучим группам.

Объемная масса семян составляла: «овсяница луговая» - 429,379±7,053 кг/м3, «пайза» - 700,473±5,368 кг/м3 и «рапс» - 833,379±5,526 кг/м3.

В третьем разделе «Теоретическое обоснование технологического процесса работы универсального дисково-щеточного высевающего аппарата» даётся описание и обоснование конструктивно-технологической схемы предлагаемого универсального

дисково-щеточного высевающего аппарата патент РФ на изобретение №2452166 (рис. 1) и теоретический анализ его рабочего процесса.

Технологический процесс работы универсального дисково-щеточного высевающего аппарата протекает следующим образом. При вращении высевающего диска 9 не подвижные штифты 5, заходя в зону загрузочного окна 4, увлекают определенную порцию семенного материала под козырек 7 и транспортируют ее к семясбра-сывающему валику 8, который вращаясь на встречу движению высевающего диска через зависимый привод, за счет упругих элементов, расположенных по винтовой линии, перемещает семена в воронку семяпровода 10, образуя непрерывный поток семенного материала. Норма высева регулируется передаточным отношением в механизме привода приводного вала высевающего аппарата.

Рисунок 1 - Схема универсального дисково-щеточного высевающего аппарата: I — корпус; 2 —не подвижный диск; 3 — приводной вал; 4 — загрузочное окно; 5 — не подвижные штифты; б - кожух; 7 - козырек; семясбрасывающий валик; 9 — высевающий диск; 10- воронка семяпровода

Для обеспечения устойчивой подачи семян необходимо получить такие параметры работы высевающего аппарата, при которых семена по поверхности Диска бу дут распределены равномерным слоем. На основании этого был проведен силовой анализ и получено аналитическое выражение позволяющее определить угловую еко-' рость высевающего диска, обеспечи-

вающую выполнение данного условия.

Для определения условия непрерывного транспортирования семенного материала выделим элементарный объём abed и рассмотрим его напряжённое состояние (рис. 2). Условие равновесия дня линии ad элементарного объёма, принадлежащей свободной поверхности сыпучего тела, запишем в виде:

F6d = Fap, + 2FmpM-FUH., (\) где F6.а. - сила бокового давления рассматриваемого элементарного объёма,

Рисунок 2 - Схема сил, касательных и нормальных напряжений, действующих на выделенный элемент

Н; Ртрш - сила трения о поверхность штифта, Н; /="„„ - центробежная сила инерции, действующая на семенной материал при вращении высевающего диска Н; /г а _ сила трения семенного материала о высеваюшии диск, Н. тР После определения всех составляющих уравнение (1) примет вид: ^ ^ /Л2 г/ (В —г1 )

2 » (2)

где Д внешний и внутренний диаметр высевающего диска, м; а0 - угол сектора соседних заходностей штифтов, рад;/ир- коэффициент трения семенного^материало поверхность высевающего диска; „ - коэффициент подвижности.материала, /„-ко эффициент трения о поверхность штифта; - диаметр штифта, м, ^ »«еота штифта, м; е,-коэффициент бокового давления, /- расстояние между ^ифтами м й - вьТсота ¿лоя семян м; г - расстояние от центра вращения высевающего диска до пассматриваемого объёма, м; у - объемная масса семенного материала, кг/м . Р В результате преобразований получим выражение (3), позволяющее установить зависимость' угловой' скорости вращения высевающего диска от конструктивно-технологических параметров, при которых будет обеспечиваться устойчивое транспортирование семенного материала из бункера к семясбрасывающему валику.

со, =

g{

(D2 - d2)

2

■I)

(D2 — d)

(3)

a„

Основным условием работоспособности высевающего аппарата является условие при котором производительность семясбрасывающего валика (&) должна быть больше или равна подаче (<2д) семян штифтовым диском:

Яв * <2* • ( }

Для исследования процесса перемещения семян еемясбрась.ваюптм ^шк^по поверхности высевающего диска было рассмотрено движение частицы мате

риала при установившемся режиме работы высевающего аппарата и определены .илы, действующие на неё (рис. 3).

Рисунок 3 — Схема сил, приложенных к частице семенного материала винтовой поверхностью семясбрасывающего валика

Силами, приложенными к частице будут являться: й - т% - сила тяжести, Н; Ыг - нормальная реакция поверхности высевающего диска, Н; N1 - нормальная реакция упругих элементов винтовой поверхности семясбрасывающего валика, Н; - сила трения частицы о поверхность высевающего диска, Н; /1Л'1 - сила трения частицы об упругие элементу винтовой поверхности семясбрасывающего валика, Н.

Дифференциальные уравнения движения частицы в проекциях на оси координат можно записать в виде системы двух уравнений:

тх = N, sin а + ft N¡ cos а - f2G .

,Ji2+x2

i <5> mz = N, cos a - /, N. sin a - /, G , ?,

где m - .масса частицы, кг; it- вторая производная от перемещения по оси х, м/с2; f\ - коэффициент трения частицы семенного материала об упругие элементы винтовой поверхности; а = const - угол наклона винтовой линии семясбрасывающего валика к плоскости поперечного сечения винтовой поверхности, град;./г - коэффициент трения частицы о поверхность высевающего диска; х- первая производная от перемещения по оси х, м/с; z - первая производная от перемещения по осиг, м/с; z- вторая производная от перемещения по оси г, м/с2.

В связи с тем, что упругие элементы семясбрасывающего валика установлены по винтовой поверхности, необходимо определить оптимальный угол подъёма (а), при котором результирующая скорость семенного материала (V) будет находиться как можно ближе к оси валика. Для определения перемещения частицы семенного материала, опирающуюся на винтовую поверхность семясбрасывающего валика (рис. 4), рассмотрим ее движение, описываемое системой дифференциальных уравнений:

mx = Ní sin« + iV, cosa-/2Gcos/?

mz = /V, cosa - ft N¡ sinar - /2 Gsin/? " ^

Вектор абсолютной скорости и - оп + ц,

Рисунок 4 - Схема перемещения частицы семенного материала семясбрасывающим валиком

или и^и, +и2, где и„ = гсо0 - переносная скорость; Щ = V, - относительная скорость (скорость скольжения по винтовой поверхности); в, = о ътр - осевая составляющая абсолютной скорости или скорости скольжения по стенке кожуха; о2 = у-соэ р- касательная составляющая скорости, характеризующая окружную скорость точки в абсолютном вращательном движении.

<1<р .

Система (6) при

d(P Л

—-J- = 0,W= 1, G dt2

■ ™g

■ \g = g, примет вид:

(7)

ÍJV, sina + y; Ní cosa - f2g eos /7 = 0

[jV, cos a-A N, sin«-/2gsin/? = 0 Исключал реакцию <JV,) из системы уравнений (7) и в результате их преобразования, получим:

(cosa-У;sin«) (8)

/¡ cosa + sin a

Используя уравнение (8) был получен угол,/? > «, при котором будет обеспечиваться устойчивое перемещение семенного материала винтовои поверхностью семяс-брасывающего валика по поверхности высевающего диска в воронку

Для определения производительности высевающего аппарата было получено интегральное выражение площади, рабочей поверхности витка (рис. 5).

(9)

)d<p }ЛрТй^г.

alg Р /(cos <p lgP + sin <p)

Производительность семясбрасываю-щего валика определяли из выражения:

QB = k„ S -vic-y, (Ю)

где kn- уточняющий коэффициент производительности, полученный экспериментально; S- рабочая площадь винтовой поверхности семясбрасывающего валнка, м2; Vle- средняя осевая скорость перемещения семенного материала, м/с; у- объемная масса семенного материала, кг/м3

Производительность высевающего диска за единицу времени определяется из выражения:

&=* ■c0d Dcp-r-{Bd-H-2^-r2-h)}, (И)

Рисунок 5 - Площадь рабочей поверхности витка

вающего диска, м; Вд — ширина рабочей части высевающего диска, м; Н— высота подко-зырькового пространства, м; г — радиус штифта, м; И - высота штифта, м.

Подставив в выражение (4) производительности (10) и (11), с учётом угловой скорости (3), получим условие соотношения производительностей семясбрасывающего валика и высевающего диска:

к -¿Ч-г>я -О ■г (Вд -Н-%ж-гг - И))-

(12)

«о

В результате анализа полученной зависимости можно сделать вывод, что производительность высевающего аппарата будет определяться конструктивно-технологическими параметрами семясбрасывающего валика и высевающего диска.

Надёжность выполнения процесса подачи семенного материала обеспечивается неподвижными штифтами, однако очистка их затруднена. Поэтому был проведён анализ деформации упругих элементов потоком семян с использованием нелинейной теории изгиба (рисунок 6). В результате были получены уравнения координаты концевой точки упругого элемента по осям х и у.

2

=1к соьр,,. (13)

Рисунок 6 - Схема воздействия семенного потока на упругий элемент

1[Е(к)-Е{<р0)\ (14)

где XI, у1 — координата концевой точки упругого элемента; I - длина упругого элемента, м; к, <ро -эллиптические параметры; Е(к), Е(<р0) - функции эллиптических параметров; - коэффициент подобия; С - жёсткость стержня, Нм; М-изгибающий момент, Нм.

Проведённый анализ уравнений движения концевой точки упругого элемента (13) и (14) позволяет установить, что для семян овсяницы луговой, имеющих минимальные размеры по толщине среди рассматриваемых культур 0,7...0,8 мм, должны использоваться упругие элементы с жёсткостью не менее 0,4-10"3 Нм, что позволит получить продольную деформацию не более 0,7 мм. Расчетная частота вращения высевающего диска не должна, превышать 10 мин"', угол (/?) между абсолютной и переносной скоростями перемещения частицы семенного материала при использовании одно, двух, трехзаходой винтовой линии семясбрасывающего валика будет находиться в интервале 61. . . 65 град.

В четвертом разделе «Программа и методика экспериментальных исследований» изложены программа, общая и частные методики экспериментальных исследований с описанием оборудования, применяемого в лабораторных и полевых исследованиях, дано описание объектов исследований и экспериментальных установок.

''^^^^^Г^Гоцеяке влияния основных «»«ФУ™^ технологи'ескГпарамегров универсального

ки с универсальным дисково-щеточным высевающим аппаратом при посеве культур

использования зксперимен

тальной^невматической селекционной сеялки, оснащенной разработанным универ-гяпьнмм лисково-щеточным высевающим аппаратом.

сальным дисково щ высева являлись подача и равномерность про-

дольноГГ Гсемян рапса, пайзы и овсяницы луговой, характеризуемая коэффициентом вариации v. Обработка полученных результатов осуществлялась на ПЭВМ с

использованием программы MathCAD и Excel. „лгг„„„Пюны еле-

При проведении лабораторно-полевых исследовании бьщи -поль„ еле

дующие приборы и оборудование:

ВК-1500 (погрешность измерении ±0,05г), рулетка н 1 1У, ь ш» . ЛИНейка

домер (ГОСТ 5072-79В погрешность измерений ±1с); бюксы п.ГОСТ 23932лииеик металлическая 500 мм с погрешностью измерений ± 1 мм по ГОСТ 427, колышки

0'3 ДО0В5пятом разделе «Результаты и анализ экспериментальна иссМнии^ пред™ТьГоГовДные результаты лабораторных и полевых экспериментов, дан их

аНЗЛИ Проведённые исследования позволили получить значения жёсткости упругих

ЭЛеМТГ L—рГхГледований оценив,.ось влияние Ч==и за ходности винтовой линии семясбрасывающего валика

диска от семенного материала при дайне упругих элементов / - 20 мм с использован, семян овсяницы луговой, которые относятся к трудносыпучим семенам (рис. 7).

S 1 j

\

< V'

4

—1- 1 -1— ^ !

„о А? V» »»

> ^ ¿Р К*

Рисунок 7 - Зависимость количества не сброшенных семян от частоты вращения и заходности семясбрасывающего валика при I - Ммм

В результате проведенных исследований лучшие показатели полноты сбрасывания семемого материала с поверхности высевающего диска наб««Од-ного семясбрасывающего валика при частоте вращения в диапазоне от 50 до 90 мин .

В связи с этим для определения влияния длины упругих элементов на полноту сбрасывания семян овсяницы луговой, пайзы и рапса с поверхности высевающего диска были исследованы трехзаходные семясбрасывающие валики с длиной упругих элементов 20, 25 и 30 мм. Полученные результаты представлены графическими зависимостями (см. рис. 8, 9 и 10).

Рисунок 8 - Влияние частоты вращения семясбрасывающего валика на полноту сбрасывания семян овсяницы луговой с высевающего диска при различных значениях

длины упругих элементов

Рисунок 9 - Влияние частоты вращения Рисунок 10- Влияние частоты вращения

семясбрасывающего валика на полноту семясбрасывающего валика на полноту

сбрасывания семян пайзы с высевающего сбрасывания семян рапса с высевающего

диска при различных значениях длины диска при различных значениях длину

упругих элементов упругих элементов

Из анализа рис. 8-10 следует, что при высеве всех трех анализируемых культур, наилучшее качество очистки высевающего диска от семенного материала прослеживается у семясбрасывающих валиков с длиной упругих элементов 25 и 30 мм в диапазоне частот вращения 50...90 мин"1.

С целью подтверждения теоретических предпосылок были проведены экспериментальные исследования по влиянию частоты вращения семясбрасывающего валика на подачу семенного материала. Экспериментальные исследования проводились с использованием семян овсяницы луговой, пайзы и рапса при заходности винтовой линии семясбрасывающего валика к = 3 и длине его упругих элементов 1-25 мм, на частоте вращения высевающего диска 5 и 10 мин"1. По результатам исследований были построены графические зависимости, представленные на рис. 11, 12 и 13.

Рисунок 11 - Зависимости подачи семян овсяницы луговой от частоты вращения семясбрасывающего валика при различной частоте вращения высевающего диска

Рисунок 12 - Зависимости подачи семян

пайзы от частоты вращения семясбрасывающего валика при различной частоте вращения высевающего диска

Рисунок 13 - Зависимости подачи семян рапса от частоты вращения семясбрасывающего валика при различной частоте вращения высевающего диска

Анализ подачи от частоты вращения семяебраеывающего валика ™™ чт0 максимально достигаемая подача, при высеве семян овсяницы дуговой^и рапса при частоте вращения высевающего диска 5 мин1 находиться в диапазоне частот вращения семясбрасываюшего валика 50...90 мин". При увеличен^^^ ты в^щс-I* высевающего диска до 10 мин"1 максимальная подача

вал частот вращения 120... 160 мин"1. При этом передаточное число, выражаемое от ношением частоты вращения высевающего валика к высевающему диску, будет на

ХОДИП>Исс~" по изучен!®} влияния конструктивно-технологическис п=ов экспериментального высевающего аппарата на неравномерность высева проводи с использованием различных семясбрасывающих валиков, у которых „змеилась длина упругих элементов (, = 20; 25; 30; 35 мм) и заходность винтовои линии {к - 3). Нас хота вращения семясбрасывающих валиков была постоянной и составляла „, - 70 мин , частота вращения высевающего диска па = 5 мин'. По результатам исследовании были построены графические зависимости, представленные на рис. 14.

20 25 30

Длина упругих элементов

Рисунок 14 — Зависимость неравномерности высева от длины упругих элементов при различной заходности винтовой линии семясбрасывающего валика

Наилучшие показатели равномерности высева наблюдаются у семясбрасывающих валиков с за-ходностью винтовой линии к = 2 и 3 и длиной упругих элементов /= 25 и 30 мм. Поэтому для определения оптимальных параметров семясбрасывающего валика, которым будут соответствовать минимальные значения неравномерности высева, необходимо провести полный многофакторный эксперимент.

Для оценки комплексного воздействия заходности винтовой линии (к ) и длины упругих элементов (/ ) семясбрасывающего валика на равномерность высева семян овсяницы луговой получено уравнение регрессии второго порядка, адекватно описывающее рабочий процесс продольного распределения семян. По полученному уравнению регрессии строили поверхность отклика и двухмерные сечения (рис. 15):

v = 70,973 -11,476 к - 2,7578 / + 0,218 kl + к 2 + 0,0412. (15)

В результате проведённого многофакторного эксперимента по определению оптимальных конструктивных параметров семясбрасывающего валика установлено что, при заходности к = 2,81 и длине упругих элементов / = 26,9мм наблюдается наименьшая неравномерность распределения семян вдоль рядка. Расчётный коэффициент вариации при данных параметрах составил v= 17,86 %.

После получения оптимальных конструктивных параметров семясбрасывающего валика исследовали его влияние на подачу семенного материала и равномерность распределения семян по длине рядка путём высева их на липкую ленту с фиксированным передаточным отношением привода семясбрасывающего валика и высевающего диска.

Экспериментальные исследования проводились с использованием семян овсяницы луговой при заходности винтовой линии семясбрасывающего валика к = 3 и длине его упругих элементов / = 27 мм. Передаточное отношение частоты вращения семясбрасывающего валика к высевающему диску было равно 14. По результатам исследований были построены графические зависимости, представленные на рис. 16.

Заходностъ*

Рисунок 15 - Двухмерные сечения поверхности равного отклика

об/пм

Анализируя полученные графические зависимости видно, что на всех частотах вращения производительность семясбрасывающего валика незначительно отличается от теоретических данных, обеспечивается устойчивое дозирование семенного материала и при этом коэффициент вариации количества семян в односантиметровых интервалах изменялся в диапазоне

12 19...23%.

™ Для посева семян с раз-

Рисунок 16 - Зависимость подачи и неравномерности ^^^ физик0-Механи-

высева семян от частоты вращения семясбрасывающего ^^ свойствами была

валика и высевающего диска при фиксированном спроектироВана и изготовлена

передаточном отношении равном 14 высевающая система, которая

монтировалась на раме сеялки СН-16, агрегатируемой с

В качестве высевающей системы в экспериментальной пневматически <юю>сц онной сеялке использовали универсальный дисково-щеточный девающий аппарат, из-готовленньШ с учётом обоснованных конструктивных и режимных параметров, с мев-«Гй распределительной системой централизованного ДОД0.^0^™-вшощей работу четырнадцати сошниковых секций с по.

лях ГНУ «Поволжский научно-исследовательский институт селекции и семеноводства им. П.Н. Константинова».

При посеве семян рапса и пайзы экспериментальной и контрольной сеялкой наблюдались небольшие расхождения коэффициентов вариации интервалов между семенами в рядке, которые соответственно имеют следующие значения: рапс у=56,2% и у=54,4%; пайза у=62,4% и у=58,8%. Наряду со значениями неравномерности распределения семян в рядке были получены результаты по равномерности распределения растений, которые соответственно составили: рапс у=59,9% и у=56,7%; пайза у=65,5% и у=60,2%.

Как видно из графических зависимостей (рис. 18) распределения интервалов между семенами овсяницы луговой по длине рядка,

Рисунок 17-Схема экспериментальной пневматической селекционной сеялки: 1 - бункер;

2 - дисково-щеточный высевающий аппарат, 3 - приемная воронка; 4 - ижекторное устройство 5 - семяпроводы; 6 - килевидные сошники; 7 - распределитель; 8 - вентилятор; 9 - редуктор; 10 - цепная передача; 11 - опорно-приводное колесо

лучшие показатели по равномерности распределения семян в рядке получены при посеве экспериментальной сеялкой. Коэффициент вариации интервалов между семенами на посевах экспериментальной сеялкой составил у=75,1%, а на посевах сеялкой с катушечным высевающим аппаратом у=102,8%.

Более высокая полевая всхожесть и лучшее качество распределения семян в рядке позволило получить коэффициент вариации интервалов между растениями у=78,5% при посеве экспериментальной сеялкой, а при посеве сеялкой оборудованной катушечным высевающим аппаратом из-за плохой всхожести и низкого качества распределения семян, коэффициент вариации между растениями составил у=109,4% (рис. 19).

Рисунок 18 - Распределение интервалов Рисунок 19 - Распределение интервалов между семенами овсяницы луговой в между растениями овсяницы луговой в рядке рядке

«о

35 30 25

" 20 15 10 5 0

12 3 4

-♦-Экспериментальная сеялка

5 Е 7 8 «»

Сеялке с катушечный в.в.

О

1 2 3 4 6 1 7

- Эксперимента/!ьчая сеялке Сеялке с катушечный

Применение пневматического транспортирования семян в экспериментальной сеялке позволило получить лучшие показатели по динамике появления всходов.

Анализ полученных данных по биологической урожайности показал, что применение экспериментальной сеялки с предлагаемым универсальным высевающим аппаратом позволило получить прибавку урожая семян в зависимости от культуры 0,03...0,07 т/га, а зеленой массы 0,15...2,95 т/га.

В шестом разделе «Технико-экономическая эффективность использования пневматической селекционной сеялки с универсальным дисково-щеточпым высевающим аппаратом» приводится технико-экономический расчет, показывающий, что использование экспериментальной пневматической селекционной сеялки с разработанным универсальным дисково-щеточным высевающим аппаратом для посева мелкосеменных культур таких как рапс, пайза и овсяница луговая, за счёт более равномерного распределения семян по длине рядка и соответственно по площади поля, позволяет получить более высокий урожай семян и зелёной массы. Годовой экономический эффект от использования экспериментальной пневматической сеялки на участках сортоиспытания и предварительного размножения составил 99816,6 рублей, а срок её окупаемости — 0,47 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Обоснована и разработана конструктивно-технологическая схема универсального дисково-щеточного высевающего аппарата, новизна конструкции которого подтверждена патентом РФ на изобретение №2452166. При исследовании физико-механических свойств семян рапса, пайзы и овсяницы луговой, определены: средние

значения размеров семян, которые в соответствии с классификацией форм относятся к шаровидной, пирамидальной и эллипсовидной форме; объемная масса семян коэффициент сыпучести, коэффициент внутреннего трения и коэффициент ли что позволяет отнести семена исследуемых культур соответственно к сыпучим,

а™ фун—НУ«, симостъ' угловой скорости вращения высевающего диска и Уравнение движение частицы семенного материала по образующем винтовои поверхности се мясбрасывающего валика. Обоснованы параметры рабочей площади по-

верхности упругих элементов семясбрасывающего валика и определены оппшалыше параметры ^го упругих элементов, при которых будет обеспечиваться наилучшее качество очистки высевающего валика.

3 Экспериментальными исследованиями в лабораторных условиях установлено, что основным конструктивным элементом, существенно влияющим ческий процесс высева в универсальном дисково-щеточном вьюевающем аппарате является семясбрасывающий вш,ик, качество работы которого

вращения, заходности винтовой линии и длины упругих элементов. При оптимизации процесса дозирования наименьшая продольная неравномерность распределения се-Тн овсяницы луговой будет при использование семясбрасывающего валика^с дпш-ной упругих элементов / = 27 мм и заходностью винтовои линии к =3. Определено передаточное отношение частот вращения семясбрасывающего валика к высевающе-

МУДИС4УПолсвеы14испытания экспериментальной селекционной сеялки оснашешшй универсальным дисково-щсточным высевающим аппаратом на

ках подтвердили принципиальную возможность использования ее для посевесемян с различными физико-механическими свойствами таких как: рапс, паиза и овсяница лу говая В результате проведенных испытаний было установлено что. . неустоГ.шость высева семян рапса и пайзы зкспериментальной ш^^ селекциошюй сеялкой и сеялкой с катушечным высевающим ^аратом с^твет ствовала агротехническим требованиям, а высев трудносыпучих сем н овся иц луговой сеялкой с катушечным высевающим аппаратом протек^ сболь^м от клонением от атротребований, относительно экспериментально» сеялки, у кото рой неустойчивость высева не превышала 3%; . неравномерность распределения семян и растений в рядке при ™'чС.

универсальным дисково-щсточным высевающим аппаратом и сеялкой с катушеч ным высевающим аппаратом соответственно имеет следующие значения: для семян: рапса -,=54,4% и у=56,2%; пайзы у=58,8 % и у=62,4%; овсяницы

луговой у=75,1% и У=102,8%;

- для растений: рапса у=56,7% и у=59,9%; пайзы у=60,2»/о и у=65,5%; овсяницы луговой у= 78,5% и у=109,4%; _

. биологическая урожайность исследуемых культур при посеве сеялкой с универсальным дисково-щсточным высевающим аппаратом и сеялкой с катушечным вы севающнм аппаратом соответственно имеет следующие значения: "ой массы рапса 28,82 и 28,67 т/га, пайзы 39,43 и 38,73 т/га, овсяницы лу-

- =^^,66 т/га, пайзы 0,82 и 0,75 т/га, овсяницы луговой 0,23 и 0 17 т/г&*

5' Применение экспериментальной пневматической селекционной сеялки с ун^ерс^м дисково-щсточным высевающим аппаратом на участках сортоиспы-

тания и предварительного размножения для посева мелкосемянных культур таких как рапс, пайза и овсяница луговая, позволит, за счет более высокой урожайности семян и зелёной массы, получить годовой экономический эффект 99816,6 рублей, при сроке окупаемости - 0,47 года.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Крючин, Н.П. Разработка высевающего аппарата для высева семян с различными физико-механическими свойствами / Н.П. Крючин, П.В. Крючин // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - Самара: РИЦ СГСХА, 2010. -т -С. 42.

2. Крючин, Н.П. Результаты лабораторных исследований дисково-щеточного высевающего аппарата I Н.П. Крючин, C.B. Вдовкин, П.В. Крючин // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - Самара: РИЦ СГСХА, 2011. -№3.-С. 51-54.

3. Крючин, Н.П. Универсальный высевающий аппарат / Н.П. Крючин, П.В. Крючин // Сельский механизатор. - 2011. - №11. - С. 8.

4. Крючин, Н.П. Теоретическое обоснование параметров упругих элементов се-мясбрасывающего валика / Н.П. Крючин, C.B. Вдовкин, П.В. Крючин // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - Самара: РИЦ СГСХА, 2012.-№3.-С. 25.

Патенты на изобретение

5. Патент №2452166 РФ. Высевающий аппарат / Н.П. Крючин, C.B. Вдовкин, П.В. Крючин, Д.Н. Котов; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА. - Опубл. 10.06.12. Бюл. №16.

Публикации в отчётах о НИР, сборниках научных трудов и материалах

конференцй

6. Крючин, Н.П. Разработка технологии высева и обоснование параметров высевающих устройств для мелкосемянных культур / Н.П. Крючин, Е.А. Морев, О-В. Кирова, П.В. Крючин [и др.]: отчет о НИР (промежуточный). — Кинель: РИЦ СГСХА, 2009. - 60 с. - № ГР 01200801909 Инв. №02201051712.

7. Крючин, Н.П. Анализ конструкций высевающих устройств / Н.П.Крючин, П.В. Крючин // Вклад молодых ученых в АПК Самарской области: материалы научно-практической конференции Самарской ГСХА. - Самара: РИЦ СГСХА, 2010. - С. 67-70.

8. Крючин, Н.П. Анализ процесса высева и конструкций высевающих устройств / Н.П.Крючин, П.В. Крючин //Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения: материалы Н-ой Международной научно-практической конференции Ульяновской ГСХА. - Ульяновск, 2010. - Том III. - С. 64-66.

9. Крючин, Н.П. Разработка и исследование высевающего аппарата пневматической селекционной сеялки / Н.П. Крючин, C.B. Вдовкин, П.В. Крючин: отчет о НИР (промежуточный).- Кинель: РИЦ СГСХА, 2010. - 48с. - № ГР 01200801909 Инв. №02201153089.

10. Вдовкин, C.B. Обоснование конструктивно-режимных параметров семясбра-сывающиего валика дисково-щеточного высевающего аппарата / C.B. Вдовкин, П.В. Крючин // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 60-летию ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА». - Пенза: РИЦ ПГСХА, 2011. - Том II. - С. 192-194.

11. Вдовкин, C.B. Определение жесткости упругих элементов рассеивателя / C.B. Вдовкин, П.В. Крючин // Материалы Всероссийской научно-практической конференции Ульяновской ГСХА. - Ульяновск: РИЦ УГСХА, 2011. - С. 124-126.

12. Крючин, П.В Исследования высева семян дисково-щеточным высевающим аппаратом / П.В Крючин // Наука и молодежь:новые идеи и решения: материалы V Международной научно-практической конференции молодых исследователей. - Волгоград, 2011.- Часть III. - С. 259-262.

13. Крючин, Н.П. Влияние конструктивно-режимных параметров семясбрасы-вающего валика на качество работы высевающего аппарата / Н.П.Крючин, П.В. Крючин // Вклад молодых ученых в аграрную науку Самарской области: сб. науч. тр. Самарской ГСХА. - Самара: РИЦ СГСХА, 2011. - С. 99-101.

14. Крючин, Н.П. Разработка штифтово-щеточного высевающего аппарата пневматической сеялки / Н.П. Крючин, C.B. Вдовкин, П.В. Крючин // Аграрная наука - сельскому хозяйству: VI - Международная научно-практическая конференция. - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2011. - С. 59-60.

15. Крючин, Н.П. Оценка качества работы дисково-щеточного высевающего аппарата пневматической селекционной сеялки в полевых условиях / Н.П. Крючин, C.B. Вдовкин, П.В. Крючин // Аграрная наука вХХ1 веке: проблемы и перспективы: материалы V Всероссийской научно-практической конференции ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов: ООО Издательство «КУБиК», 2011. - С. 136-139.

16. Крючин.'Н.П. Разработка'селекционной пневматическс сеялки для посева мелкосеменных культур / Н.П. Крючин. C.B. Вдовкин, П.В. Крючин. A.C. Демин, В.А Дехтяр: отчет о НИР (промежуточный). - Кинель: РИЦ СГСХА, 2011. - 68с. - № ГР 01200801909 Инв. №02201252366.

17. Вдовкин, C.B. Влияние конструктивно-технологических параметров дисково-щеточного высевающего аппарата на равномерность высева / C.B. Вдовкин. П.В. Крючин // Вклад молодых ученых в науку Самарской области: сб. науч. тр. Самарской ГСХА. - Самара: РИЦ СГСХА, 2012. - С. 178-181.

18. Крючин, Н.П. Совершенствование технологических процессов и рабочих органов посевных машин и комбинированных агрегатов, обеспечивающих энергоресурсосбережение при возделывании сельскохозяйственных и лесных культур / Н.П. Крючин, Д.Н. Котов, C.B. Вдовкин, П.В. Крючин, В.А. Дехтяр, A.C. Демин, А.Н. Крючин: отчет о НИР (заключительный).- Кинель: РИЦ СГСХА, 2012. - 125 с. -№ ГР 01200801909 Инв. № 02201352399.

19. Крючин, Н.П. Анализ процесса транспортирования семенного материала высевающим диском / Н.П. Крючин, C.B. Вдовкин, П.В. Крючин // Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса России: материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА». - Пенза: РИЦ ПГСХА, 2013. - С. 103-106.

Подписано в печать 03.07.2013 г. Формат 60x84/16. Объём 1,0 усл. п.л. Тираж 100 экз. Заказ № Отпечатано с готового оригинал-макета в Пензенской мини-типографии. Свидетельство №5551 440600, г. Пенза, ул. Московская, 74