автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка и обоснование конструктивно-кинематических параметров сошника с роторно-лопастным раскладчиком семян

На правах рукописи Сочинёв Сергей Иванович /

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНО-КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СОШНИКА С РОТОРНО-ЛОПАСТНЫМ РАСКЛАДЧИКОМ СЕМЯН

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского

хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пенза 2005

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» на кафедре «Сельскохозяйственные машины»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Ларюшин Николай Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кухмазов Кухмаз Зейдулаевич

кандидат технических наук, доцент Ляндгнбурский Владимир Владимирович

Ведущая организация - Государственное научное учреждение «Пензенский

научно-исследовательский институт сельского хозяйства» р.п. Лунино, Пензенская область

Защита состоится 23 сентября 2005 года в 13°° часов на заседании диссертационного совета Д 220.053.02 при ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 440014, г. Пенза, ул. Ботаническая 30, ауд. 1246.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия»

Автореферат разослан «_» июня 2005 года

Ученый секретарь

диссертационного совета ¿г /^Х^^г*^^ А.П. Уханов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Производство репчатого лука (особенно острых сортов) как в целом по Российской Федерации, так и по отдельным ее регионам не полностью удовлетворяет потребности населения. Так, при рекомендуемой норме потребления 8...12 кг лука на человека в год, потребление составляет всего лишь 2,5...4,0 кг. Низкий уровень обеспеченности населения данным продуктом объясняется многими причинами экономическою, технологического и организационного характера: большими трудовыми и материальными затратами, недостаточным уровнем механизации и концентрации производства.

Еще одна существенная проблема препятствующая увеличению производства лука: острые сорта выращивают в основном как двухлетние культуры (сначала из семян лук-севок, а затем на второй год - товарный лук). Производство севка как правило высокозатратно и сдерживается несовершенством некоторых машин, а иногда и их отсутствием, что на прямую сказывается на его себестоимости.

В настоящее время посевы семян лука осуществляют различными способами, из которых наиболее освоены: ленточный, широкорядный, пунктирный, полосовой.

Результаты исследований ряда ведущих научно-исследовательских организаций показывают, что наиболее перспективным можно считать полосовой способ посева семян лука с шириной полос более 25 см. Данный способ посева позволяет увеличить площадь, непосредственно занятую культурными растениями, улучшить условия произрастания и увеличить в итоге урожайность лука-севка.

Работа проводилась по планам НИР ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (тема № 23 «Разработка рабочих органов машин для зерновых и овощных культур»).

Цель исследования. Увеличение урожайности лука-севка за счет применения полосового способа посева, осуществляемого сеялкой с сошником роторно-лопастного типа.

Объект исследований. Технологический процесс полосового посева ссмян лука сошником с роторно-лопастным раскладчиком семян.

Методика исследований. Теоретические исследования сошника с роторно-лопастным раскладчиком семян выполнялись с применением известных положений, законов и методов классической механики и махематики. Эксперимешальные исследования проводились в лабораторных и полевых условиях в соответствии с действующими ГОСТами, ОСТами и частными методиками. Обработка результатов исследований осуществлялась методами дисперсионного и корреляционного анализов.

Научная новизна. Установлены аналитические зависимосш, позволяющие определить величину продольной деформации конца эластичной лопасти раскладчика при взаимодействии с почвой, высоту гребня на дне борозды, образованного в результате прохода лопасти раскладчика с учетом ее деформации, величину показателя кинематического режима из условия минимизации высоты гребня на дне борозды, образованного в результате прохода лопасти из условия обеспечения оптимальной равномерности распределения семян по площади питания, определены геометрические параметры семяраспределителя

стержневого типа, влияющие на ртг"М"гп"гтт гпапругттнтщ та'"" "" площади питания; определены оптимальные значения геомЕтр8Чес1ШЧММ!1М1Мй()Йсих параметров сошника с роторно-лопастным раскладчиком фмян. **М*1*ТЕКА I

т, ¿ЧЗЭ&7/1

Практическая значимость. Результаты научных исследований послужили основой для разработки посевной машины, оснащенной сошниками с роторно-лОпастным раскладчиком семян Использование данной машины позволяет повысить урожайность лука севка на 14,5... 17,2 % по сравнению с широко используемой сеялкой СО-4,2, а также улучшить его качественные показатели как семенного материала.

Реализация результатов исследований. Сеялка с сошниками с роторно-лопастным раскладчиком семян внедрена в ФГУП «Учхоз Пензенской ГСХА» Мокшанского района Пензенской области.

Апробадия. Основные результаты исследований по работе докладывались на научно-технических конференциях ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2002 . .2005 г г ), ФГОУ ВПО «Самарская ГСХА» (2002 г.), ФГОУ ВПО « Саратовский ГАУ» (2005 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 (в соавторстве 9) статей, из них 2 в центральной печати, получен Патент РФ № 2252525 на изобретение. Общий объем 2,06 п. л., из них лично автору принадлежит 0,91 п. л.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка используемой литературы из 126 наименований и приложений. Диссертация изложена на 155 е., содержит 20 таблиц, 83 рис. и 33 с. приложений.

Научные положения и результаты исследования выносимые на защиту.

Конструктивная схема сошника с роторно-лопастным раскладчиком семян; 1еоретиче-ское обоснование конструктивно кинематических параметров сошника с роторно-лопастным раскладчиком семян; экспериментальные зависимости влияния различных факторов на оценочные показатели технологического процесса высева семян лука, предлагаемым сошником и оптимизация его геометрических и кинематических параметров; результаты производственной проверки сеялки, оснащенной предложенными сошниками; экономическая оценка результатов исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и перечислены основные положения диссертации, выносимые на защиту.

В первом разделе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследований» представлены классификация способов посева семян овощных кульгур и существующих конструкций рабочих органов посевных машин, выявлено перспективное направление в их разработке.

Конструкция рабочего органа посевных машин должна обеспечивать оптимальную ширину засеваемой полосы, равномерность распределения по площади питания и глубине заделки семян. Наилучшим образом решить поставленные проблемы на наш взгляд может сошник активного типа, ведущий посев полосовым способом, однако существующие конструкции рабочих органов посевных машин подобного типа на посеве овощных культур изучены не полно.

Изучением вопроса работы сошника с активным рабочим органом занимались многие научно-исследовательские институты, отдельные ученые и изобретатели. Среди них Е.С. Босой, Г.Н. Синеоков, В.П. Чичкин, Г.М. Бузенков, С.А. Ma, А.Н. Карпенко, М.Н. Летошнев, П.М. Василенко и целый ряд других ученых

Проведенный анализ позволил сформулировать цель исследования и наметить задачи, для- ее ^ешей^ в том числе принять наиболее перспективную конструкцию прЛбсового „сорока; теоретически обосновать конструктивно-

кинематические параметры разработанного сошника; выполнить лабораторные исследования по определению оптимальных геометрических и кинематических параметров полосового сошником с роторно-лопастным раскладчиком семян; разработать и изготовить опытный образец посевной машины с сошниками с роторно-лопастным раскладчиком семян и испытать ее в производственных условиях; определить экономическую эффективность применения сеялки с предлагаемыми сошниками.

Во втором разделе «Теоретическое обоснование конструктивных и кинематических параметров сошника с роторно-лопастным раскладчиком семян» приведено теоретическое обоснование новой конструкции сошника с роторно-лопастным раскладчиком семян (рисунок 1).

1 - стойка со щеками; 2 - подвеска параллелограмная; 3, 15 - катки передний и задний; 4 - привод цепной; 5 - ролик поддерживающий; в - рама несущая; 7 - чистик; 8 - рама; 9-ро-торно-лопастной раскладчик семян; 10 - семянаправители; 11 - семяпроводы; 12 - Побразные кожухи; 13-винт-регулятор, 14-загортач; 16-шлейф; 17 - свмяраспреде-литель; 18 -эластичная лопасть

Сошник содержит стойку 1 со щеками, роторно-лопастной раскладчик 9 установленный на раме 8, семяпроводы 11, передний 3 и задний 15 прикатывающие катки, установленные на несущую раму 6, причем на поверхности роторно-лопастного раскладчика смонтированы ряды радиально расположенных эластичных лопастей 18 прямоугольной формы. Для предотвращения налипания почвы на лопасти, на раме роторно-лопастного раскладчика, перед входом лопастей в семяпроводы установлены чистики 7 пассивного типа. Семяпроводы образованы внешней поверхностью роторно-лопастного раскладчика и П-образными кожухами 12, плотно прилегающими к эластичным лопастям каждого ряда. В верхней части семяпроводов имеются семянаправители 10. В нижней части семяпроводов смонтированы распределители семян 17 стержневого типа, с помощью которого происходит более качественное их распределение по площади борозды. Заделка борозды осуществляется загортачем 14, а выравнивание поверхности поля шлейфом 16. Регулировку глубины заделки семян производят при помощи винтов-регуляторов 13. Привод роторно-лопастного раскладчика семян осуществляется посредством цепной

передачи 4, колебания которой гасит поддерживающий ролик 5. Крепление сошника к посевной машине осуществляется при помощи параллелограмной подвески 2.

Технологический процесс высева протекает следующим образом: при движении сошника стойка со щеками сдвигает в стороны крупные комки почвы, а передний уплотняющий пневматический каток прикатывает и выравнивает почву перед роторно-лопастным раскладчиком семян. Семена, поступают в семянапра-вители, а далее в семяпроводы. Лопасти, плотно соприкасаясь со стенками П-образных кожухов семяпроводов, образуют герметичные семенные камеры, которые препятствуют быстрому самопроизвольному осыпанию семян на дно борозды. При вращении роторно-лопастного раскладчика семян, его эластичные лопасти нарезают в почве борозды прямоугольной формы, в плоскости перпендикулярной плоскости движения сошника, смещая почву вперед по ходу движения сошника и к внешнему краю борозды. Семена, дойдя до кромки обреза П-образных кожухов, семяпроводов начинают высыпаться на распределитель семян, при этом сглаживается порционная неравномерность подачи семян вдоль борозды. Эластичные лопасти, при дальнейшем вращении, подойдя к чистикам, деформируются, а пройдя их, под действием упругих сил, возвращаются в исходное положение, стряхивая с себя налипшую почву. Семена, уложенные в борозду, закрываются почвой при помощи регулируемых по глубине и углу поворота за-гортачей. Закрытые борозды уплотняются задним прикатывающим катком, а шлейф окончательно выравнивает поверхность поля.

При теоретическом обосновании конструктивно-кинематических параметров сошника с роторно-лопастным раскладчиком семян рассматривалось согласование технологического процесса бороздообразования и раскладки семян рабочим органом активного типа.

При проведении расчетов приняты следующие допущения: сошник движется равномерно и прямолинейно; раскладчик вращается с постоянной угловой скоростью; лопасть рассматривается как достаточно тонкий и гибкий элемент, работающий при сильных изгибах в упругой стадии, без пластических деформаций.

Упругая деформация лопасти в процессе работы (рисунок 2) оказывает влияние на геометрические и кинематические параметры сошника, а следовательно и на равномерность заделки семян по глубине (из-за увеличения высоты гребня на дне борозды) В связи с этим важным представляется определение величины деформации лопасти.

При расчетах лопасть считали стержнем с преобладающими деформациями изгиба (рисунок 3), поведение которого будет описываться нелинейным, относительно прогиба, дифференциальным уравнением 1 = V" =М

где Vc - прогиб стержня, м; ^, и" - первая и вторая производная от функции прогиба- М - изгибающий момент от внешних сил, вычисляемый в деформированном состоянии, т.е. для поперечного сечения изогнутого стержня с учетом, что это сечение получило перемещение ус и и, соответственно вдоль осей у и х, (рисунок 3), Нм; 1- центральный момент инерции поперечного сечения, м4; Е - модуль упругости резины в деформированном состоянии, Н/м2; р - радиус кривизны эластичной лопасти при ее деформации, м.

Величина изгибающего момента составит (рисунок 3)

M = Q(l-u,-X) + N{vt-vx), (2)

где Q - равнодействующая всех сил сопротивления:

Q = Р ■ cos у = Р cos 15 0 * 0,966 Р , (з)

(при малой глубине фрезерования угол у можно принять примерно 15°); V/ - прогиб стержня в крайней точке, м; - прогиб стержня в точке относительно координаты х, м; щ - продольное перемещение конца эластичной лопасти, м; I - длина эластичной лопасти раскладчика, м.

У

I / / / I I I I I I ■ I 1 * i *

Рисунок 2 - Схема действия сил на эластичную лопасть раскладчика: Р - сила сопротивления действующая со стороны почвы на эластичную лопасть раскладчика, N - продольная сила

Рисунок 3 - Схема к определению момента внешних сил в точке оси с координатами х

Тогда

М = 0,966Р(1 - и, - х) + 0,26P(v, - vx) ,

(4)

где х - координата точки лопасти.

Применим для решения уравнения (1) метод конечных разностей, поделив длину лопасти на и равных частей, длинна каждой части равна Д (рисунок 4). Вторая производная от функции прогиба аппроксимируется выражением:

а первая производная - выражением

< =(-ve,_,+vcl+i)/2A.

Тогда выражение (1) примет вид

(v„-i-2vcl+vCI+1)/

1 +

2А

ci—1

3/2

М-л2 EJ

(5)

(6)

(7)

Вычислим продольное перемещение конца эластичной лопасти (рисунок 3):

I

и, = |( ^ - Ас) (8)

о

Подача 5 определяется из выражения

5 =

2а> '

(9)

После соответствующих преобразований получим:

(10)

} Л | Л I А I А I А } ±-Х---*

Рисунок 4. - Схема разбивки попасти на п равных частей

■,,-!» -У '>

2^1 А

Определим оптимальные геометрические и кинематические параметры сошника из условия оптимальной равномерности заделки семян по глубине (с учетом прогиба лопасти).

Среднее значение скорости крайних точек эластичных лопастей (рисунок 5) определятся из выражения

(Н)

где К] - радиус катка, м; - радиус раскладчика, м; Г1 - радиус приводящего элемента, м; г2 - радиус приводного элемента, м; I, - длина лопасти раскладчика, м.

2

Рисунок 5 - Кинематическая схема работы сошника-

1 - каток передний; 2 - раскладчик, 3 - загортач; 4 - каток задний

При движении сошника концевая точка каждой лопасти описывает плоскую удлиненную циклоиду (рисунок 5). При этом дно борозды получается гребнистым с гребнями высотой А, что нежелательно с точки зрения обеспечения равномерности заделки семян по глубине. Высоту гребня определим используя известное соотношение

й = Л Ь-см(57

2Л

и.

+1

(12)

Заменяя подачу в и скорости т)„, ил через геометрические параметры раскладчика и учитывая величину прогиба (9) лопасти щ, получим уточненную формулу для определения высоты фебней:

Л = (*,+/,-«!) 1-соя(- к,Г'

12

А-2г2+1

(13)

где = 2л: г2 /(¿(Я, + /¡) г к2 = 2Л, /Л, + г,.

Минимум функции высоты гребня в зависимости от радиуса г2 определим устремляя к нулю ее производную:

А'КЯгЧ-"/)

к1(к2г2±1)-к[к2г2 . ( к{г7

"2

Г2+1

->0

(14)

Таким образом последнее выражение позволяет определить основные кинематические параметры раскладчика из условия обеспечения оптимальной равномерности заделки семян по глубине.

Показатель кинематического режима из условия оптимальной заделки семян по глубине определим из выражения:

, о. ■■(Ц+лМл.+О

л~7,--^ ■ <15>

Определим значения показателя кинематического режима X из условия оптимального распределения семян по площади питания с учетом деформации лопасти.

Условие обеспечения оптимальной равномерности распределения семян (рисунок 6) по площади рассева будет обеспеченно если

С-Уя-10, (16)

где - ^деформация лопасти в месте контакта ее с почвой, м; С - длина дуги, пройденной концом лопасти, равная

с=Ш(Я2+1я). (17)

Длина дуги между концами двух эластичных лопастей равна:

с=2ж(Я2+1л)/2. (18)

Путь пройденный раскладчиком за время I определим из соотношения:

1о=»«*, (19)

или V¿г=a>t(R2+lд)-Vn. (20)

Время перемещения лопастей определится из выражения

г = [2л-(Д + /л) / +1л)] = 2тг/йв (21)

Рисунок 6 - Схема к определению длинны дуги описываемой раскладчиком при скорости движения

После соответствующих преобразований получим выражение для определения радиуса приводного элемента

С .. ?Л Г С

V

2п

2 я

В третьем разделе «Лабораторные исследования сошника с роторно-лопастным раскладчиком семян» приводится описание экспериментальной лабораторной установки, методика исследования по определению наилучшего значения показателя кинематического режима (X), из условия оптимизации продольного и поперечного профиля дна борозды и качественного распределения семян по глубине; методика определения оптимальных значений геометрических параметров семя-распределителя; методика определений оптимальных значений конструктивно-кинематических параметров роторно-лопастного раскладчика семян.

За критерий оптимизации поперечного профиля дна борозды принимали отношение В0/В (где В - ширина прямоугольной лопасти; В0 - ширина дна борозды с учетом осыпания стенок. Отошенис В0/В можно считать оптимальным если оно стремится к единице - полное отсутствие осыпания стенок борозд, т.е. Во/В => 1).

За критерий оптимизации продольного профиля дна борозды принимали - коэффициент вариации - V,, (%), учитывающий неравномерность распределения семян по глубине заделки. Методом наложения данных и совместного анализа получили интервалы оптимальных значений показателя кинематического режима 1=3,6...4,2 (рисунок 7).

Рисунок 7 - Результаты лабораторных исследований по определению оптимальных значений показателя кинематического режима раскладчика

Для сглаживания порционной неравномерности подачи семян лопастями раскладчика, в конструкции сотника предусмотрен пассивный семяраспредели-тель стержневого типа Семяраспределитель представляет из себя горизонтальные плоскости (рисунок 8), образованные металлическими стержнями круглого

сечения, причем в пределах каждой плоскости стержни параллельны друг другу, а стержни двух соседних плоскостей размещены взаимно перпендикулярно, при этом стержни в четных и нечетных плоскостях установлены в шахматном порядке относительно друг друга. Оценка влияния геометрических параметров семяраспре-делителя на равномерность распределения семян по площади питания осуществлялась по классическому однофакторному эксперименту. В качестве исследуемых параметров были приняты: расстояние между двумя соседними стержнями одного ряда -С, мм; расстояние между параллельными рядами стержней - Е, мм; диаметр стержня семяраспределителя - В, мм и расстояние от последнего ряда семяраспределителя до поверхности рассева - т, мм (см. рисунок 8). За критерий оптимизации геометрических параметров семяраспределителя принимали в соответствии с ОСТ 70.5.1-82 и частной методикой ВИСХОМа, коэффициент вариации (у,%) и процент учетных квадратов с числом семян, равным нулю и единице. По результатам обработки опытных данных строили графики зависимости равномерности распределения семян лука по площади рассева от геометрических параметров семяраспределителя (рисунок 9). В результате

чего определены интервалы оптимальных значений геометрических параметров семяраспределителя: С = 8... 10 мм; Е = 9,5...10,5 мм; О = 2,5...3,5 мм; т _ 10...50 мм и существенно на равномерность распределения семян по площади рассева не влияет. Оптимальные конструктивно-кинематические параметры сошника с ро-торно-лопастным раскладчиком семян были определены по результатам многофакторного эксперимента униформротатабельного плана. На основе априорного ранжирования и отсеивающего эксперимента были отобраны три фактора, влияющие на равномерность распределения семян лука по глубине, (выраженную коэффициентом вариации у,%): диаметр роторно-лопастного раскладчика - Б, мм; показатель кинематического режима X; число лопастей - Ъ, шт.

В результате обработки опытных данных получена адекватная модель рабочего процесса посева семян лука сошником с роюрно-лопастным раскладчиком семян, которая в раскодированном виде запишется

у=166,8635-0,4253Б-17,6043).-11,24052+0,0013Б2+3,2126^+0,546№2. (23)

Рисунок 8 - Схема семяраспределителя: А - длина; В - ширина; С - расстояние между двумя соседними стержнями одного ряда; Е - расстояние между параллельными рядами стержней; О - диаметр стержня семяраспределителя

У,%

1 5 2.0 2,5 3.0 3,5 4.0 4 5 5,0 5,5 6,0

в)

О, мм

V = 69.П4-4.0273хЕ+0,2071 *Е2, пои Я=94,85 %

12 Е, мм

4 5 6 7 а 9 10

в)

Рисунок 9 - Зависимость равномерности распределения семян по площади рассева v, % от:

а) диаметра стержня - О, мм; б) расстояния между двумя соседними стержнями одного ряда - С, мм; в) расстояния между параллельными рядами стержней - Е, мм; г) расстояния от последнего ряда семяраспределителя до поверхности рассева - т.

т, мм

мм

С целью определения оптимальных значений геометрических параметров строились двухмерные сечения поверхности отклика с контурными линиями (рисунок 10, 11).

Анализ двухмерных сечений позволил установить, что минимальная неравномерность заделки семян лука по глубине (V = 27,3...28,5%) может быть достигнута при диаметре роторно-лопастного раскладчика Б = 214,64 мм; показателе кинематического режима X = 3,53 и числе лопастей Ъ = 12,34, шт

Полученные результаты лабораторных исследований адекватны теоретическим исследованиям, т.к. наибольший процент расхождения составляет не более 11,5%.

Рисунок 10-Двухмерное сечение, характеризующее зависимость равномерности заделки семян лука по глубине (у%) от диаметра раскладчика (О) и показателя кинематического режима (Л)

Рисунок 11 - Двухмерное сечение, характеризующее зависимость равномерности заделки семян лука по глубине (\%) от количества лопастей раскладчика (I) и показателя кинематического режима (А)

В четвертом разделе «Лабораторно-полевые и производственные исследования выполненных технических решений» определены качественные

показатели работы предлагаемого сошника с роторно-лопастным раскладчиком семян в полевых условиях, а также влияние предлагаемого способа посева на урожайность лука севка.

Для выполнения поставленной задачи была изготовлена сеялка с экспериментальными сошниками на базе серийной сеялки СО-4,2 (рисунок 12).

Лабораторно-полевые опыты проводились в соответствии с ОСТ 70.5.182, на полях ФГУП «Учхоз Пензенской ГСХА» в 2003...2004 годах. Высевались семена лука сорта «Бессоновский местный» с нормой высева 20 млн. шт./га, сопровождающиеся сопутствующими наблюдениями, учетами и анализами при помощи сеялки с разработанными сошниками. Исследовалось влияние диаметра раскладчика семян - Б; числа лопастей раскладчика - Ъ и показателя кинематического режима - X на равномерность распределения семян по глубине в полевых условиях.

Рисунок 12 - Схема технологического процесса работы сеялки с экспериментальными сошниками■ 1 - сошник; 2,6- семяпроводы; 3 - бункер для удобрений; 4 - бункер для семян; 5 - подвеска параллелограмная; 7, 10 - катки опорные, 8 - шлейф, 9 - сошник с роторно-лопастным раскладчиком семян; 11 - рама сеялки

Результаты исследований (рисунок 13) позволили определить оптимальные значения этих факторов: показатель кинематического режима X = 3,3.. .3,7, диаметр барабана раскладчика ГН220.. .240 мм, количество лопастей раскладчика Т = 12... 14 шт.

Программа производственных исследований включала оценку влияния скорости агрегата на равномерность распределения семян по площади рассева, а также влияние схемы посева экспериментальными сошниками на урожайность и качество лука севка как семенного материала. В результате обработки опытных данных (рисунок 14) установлено, что с учетом обеспечения наибольшей производительности агрегата, скорость его можно принять из интервала 4,8...5,5 км/ч. Сравнительная оценка урожайности лука севка приведена в таблице 1.

у(Х)= 143,0005-52,1474Х. +7,1904Х2, при Я=0,98

з <0

8 «г

X 1

■е-

в)

Рисунок 13- Зависимости равномерности заделки семян лука по глубине от.

а) показателя кинематическогЬ режима - А; б) диаметра барабана раскладчика - О; в) количества лопастей раскладчика - 2

3,0 3.5 4,0 4,5 5,0 55 6,0 6,5 7 уа КМ/Ч

Рисунок 14 - Зависимость равномерности распределения семян лука по площади рассева (у) от скорости движения агрегата (v,)

Результаты производственных исследований показывают, что экспериментальная сеялка позволяет получить прибавку урожая до 14,5... 17,2 % по сравнению с сеялкой СО-4,2, при этом выход фракции севка 1 и 3 групп (наиболее ценных как посевного материала) также увеличивается (на 36 % и 11 % соответственно), за счет наилучшей площади питания растений, оптимального размещения семян по глубине заделки ведущий к дружным и равномерным всходам.

Таблица 1 - Сравнительная оценка урожайности лука севка с 1 м2

Способ посева Номер эксперимента Масса севка, г/м2 Урожайность по фракциям севка с 1 м2/, пгг.

1 группа 15,1...22,0, мм 2 группа 22,1... 30,0, мм 3 группа 10,1...15,0, мм Менее 10 мм

Двухстрочный двухдисковый сошник базовой модели сеялки СО-4,2 I 1685 103 96 58 39

II 1415 99 80 66 28

III 1255 46 81 48 26

Экспериментальные сошники I 1945 140 130 57 46

П 1695 101 87 Г 79 9

III 1675 99 75 54 15

В пятом разделе «Технико-экономическая оценка использования сеялки с роторно-лопастным раскладчиком семян» приведены экономические расчеты, подтверждающие эффективность применения предлагаемой сеялки с сошниками с роторно-лопастным раскладчиком семян. При незначительном росте эксплуатационных издержек на посеве семян лука на 4,8 руб/га, годовая экономия от получения дополнительной продукции составляет 12680 руб/га Годовой экономический эффект на одну машину составил 1793 руб. Срок окупаемости капитальных вложений составит 1,23 года.

Общие выводы

1. Анализ результатов исследований ведущих научно-исследовательских организаций показал, что наиболее перспективным способом посева семян лука на севок можно считать - полосовой способ, обеспечивающий наиболее оптимальные условия для роста и развития растений. На основе проведенного анализа разработана конструкция сошника для полосового посева семян лука, предназначенная для работы на малых глубинах заделки (патент РФ № 2252525 бюллетень № 15 от 27 мая 2005).

2. Теоретическими исследованиями установлены аналитические зависимости позволяющие определить: величину продольной деформации конца эластичной лопасти раскладчика при взаимодействии с почвой; высоту гребня на дне борозды, образованного в результате прохода лопасти раскладчика; значение показателя кинематического режима X из условия минимизации высоты гребня на дне борозды образованного в результате прохода лопасти; величину показателя кинематического режима X из условия обеспечения оптимальной равномерности распределения семян по площади питания; радиус приводного элемента роторно-лопастного раскладчика семян.

3. Лабораторные исследования позволили установить оптимальное значение показателя кинематического режима X - из условия получения оптимального профиля дна борозды (продольного и поперечного) X = 3,6.. .4,2. Наилучшая равномерность распределения семян лука по площади питания обеспечивается семяраспредслигелем стержневого типа со следующими геометрическими параметрами: расстояние между двумя соседними стержнями одного ряда С = 8... 10 мм, расстояние между параллельными рядами стержней Е = 9,5... 10,5 мм, диаметр сгержня семяраспределителяВ = 2,5...3,5 мм; расстояние от последнего ряда семяраспределителя до поверхности рассева - т = 10...50 мм. Определена экспериментально величина показателя кинематического режима X из условия оптимального распределения семян по площади рассева X = 3,42. На основе анализа уравнения регрессии второго порядка, полученного при реализации трехфакгорного эксперимента униформрототабельного плана, определены оптимальные значения геометрических и кинематических параметров сошника с роторно-лопасгным раскладчиком семян- показатель кинематического режима I - 3,3.. .3,7; диаметр барабана роторно-лопастного раскладчика семян Б = 220...240 мм; количество лопастей роторно-лопастного раскладчика семян Ъ - 12... 14 штук.

4. Лабораторно-полевые и производственные исследований сеялки с экспериментальными сошниками проводились на базе ФГОУ ВПО «Учхоз Пензенской ГСХА» и подтвердили целесообразность применения сошников с роторно-лопасгным раскладчиком на посеве семян лука на севок, а также достоверность теорешческих и лабораторных исследований. Применение сеялки с разработанными сошниками обеспечивает прибавку урожая лука севка на 14,5... 17,2 % и хорошие качественные показатели его, как семенного материала. Выход лука севка I и Ш группы (наиболее ценных, как посевного материала) составил 136% и 111% к контролю.

5. Экономические расчеты показывают, что применение сеялки с сошниками с ротор-но-лопастным раскладчиком семян экономически целесообразно. При незначительном росте эксплуатационных издержек на посеве семян лука предлагаемой сеялкой (на 4,8 руб/га), годовая экономия от получения дополнительной продукции (от увеличения урожайности и улучшения качества посевного материала) составит 12680 руб/га. Годовой экономический эффект на одну машину составил 1793 руб.

Основные положения лиссертадии опубликованы в следующих работах:

1. Сочинёв С.И., Ларюшнн Н.П , Поликанов A.B. Полосовой сошник активного типа // Сельский механизатор. - 2005. - № 2. - С 2,19.

2. Сочинёв С.И., Ларюшин Н П , Поликанов А.В Сошник с рабочим органом активного типа // Картофель и овощи. - 2005. - № 2. - С. 21.

3. Пат. № 2252525, Россия, А 01С 7/20 Сошник для посева мелкосемянных культур/ Сочинёв С.И., Ларюшин Н.П., Поликанов A.B.; ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия. -№2004116404/12; Заявл. 31.05.2004; Опубл. 27.05.2005; Бюл.№ 15.

4 Сочинёв С И Основные направления разработки рабочих органов посевных машин для посева мелкосемянных культур // Сборник материалов научно-практической конференции, посвященной 50-летию Инженерного Факультета ПГСХА.. - Пенза, 2002. - С. 78,79.

5. Сочинёв С.И., Ларюшин Н.П., Поликанов A.B. К обоснованию параметров рабочего органа для посева мелкосемянных культур //Совершенствование ма-шиноиспользования и технологических процессов в АПК- Сборник научных трудов. - Самара, 2002. - С. 166, 167.

6. Сочинёв СИ, Ларюшин НП, Поликанов A.B. Тенденции совершенствования конструкции рабочих органов посевных машин для посева мелкосемянных культур // Проблемы развития машинных технологий и технических средств производства сельскохозяйственной продукции: Сборник материалов научно-практической конференции, посвященной 50-летию Инженерною Факультета ПГСХА.. - Пенза, 2002. - С. 253-255.

7. Сочинёв С.И., Ларюшин Н.П., Поликапов A.B. Обоснование способов посева семян льна //Совершенствование ресурсосберегающих технологий и технических средств производства продукции: Сборник материалов научно-практической конференции «Проблемы АПК и пути их решения». - Пенза. 2003. - С. 120-122.

8. Сочинёв С.И., Ларюшин Н.П., Поликанов A.B. Сошник для посева мелкосемянных сельскохозяйственных культур // Материалы XXXXIX научно-технической конференции молодых ученых и студентов инженерного факультета. - Пенза, 2004 -С 131,132.

9. Сочинёв С И , Ларюптин Н.П., Поликанов А.В Предварительные результаты лабораторных исследований устройства дчя полосового посева мелкосемянных культур // Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы-Сборник материалов TI Международной научно-практической конференции. -Пенза-Нейбранденбург, 2004. - С. 88, 89.

10. Сочинёв С.И. Теоретическое обоснование параметров сошника с активным рабочим органом // Роль науки в развитии АПК: Сборник материалов научно-практической конференции. - Пенза 2005. - С. 196-199.

11 Сочинёв С.И., Ларюшин Н.П., Поликапов А.В Результаты лабораторно-полевых и производственных испытаний сошника с роторно-лопастным раскладчиком семян // Роль науки в развитии АПК: Сборник материалов научно-практической конференции. - Пенза, 2005. - С 202-205.

12. Сочинёв С.И., Ларюшин Н.П., Поликанов A.B. Результаты лабораторных исследований сошника с роторно-лопастным раскладчиком семян // Роль науки в развитии АПК: Сборник материалов научно-практической конференции. - Пенза, 2005. - С. 200-202.

13. Сочинёв С.И., Ларюшин Н.П., Поликанов A.B. Сошник с рабочим органом активного типа // Ульяновские чтения - 2005: Материалы международной научно-практической конференции, посвящённой 100-летию со дня рождения профессора А.Ф. Ульянова, секция «Механизация сельского хозяйства». -Саратов, 2005. - С. 87-89.

Подписано в печать 08. 06.05 г. Формат 60x84 1/16. Объем 1,00 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 634

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии «Копи-Шво» ИП Поповой М.Г. г. Пенза, ул. Московская, 74, к. 304. Тел. (841-2) 56-25-09.

»1977 0

РНБ Русский фонд

2006-4 8561

Реферат.

Содержание.

Введение.

1 Состояние вопроса, цель и задачи исследования.

1.1 Классификация способов посева семян овощных культур и их характеристика.

1.2 Обзор конструктивных схем сеялок для посева овощных культур.

1.2.1 Обзор конструкций сошников для посева овощных культур и их классификация.

1.2.2 Конструкции сошников для полосового посева.

1.3. Некоторые особенности процесса высева мелкосемянных культур.

1.4 Выводы по разделу.

1.5 Цель и задачи исследований.

2 Теоретическое обоснование конструктивных и кинематических параметров сошника с роторно-лопастным раскладчиком семян.

2.1 Выбор объекта исследования. Цель и задачи исследования.

2.2 Теоретическое исследование процесса деформации лопасти раскладчика при взаимодействии с почвой.

2.2.1 Практическое определение величины деформации лопасти раскладчика.

2.3 Определение кинематических параметров сошника.

2.3.1 Минимизация высоты гребня, образованного лопастью раскладчика на дне борозды.

2.3.1.1 Определение показателя кинематического режима из условия минимизации высоты гребня от лопастей раскладчика на дне борозды.

2.3.2 Определение кинематических параметров сошника из условия обеспечения оптимальной равномерности распределения семян по площади питания.

2.4 Выводы по разделу.

3 Лабораторные исследования сошника с роторно-лопастным раскладчиком семян.

3.1 Цель и задачи исследования.

3.1.1 Определение показателя кинематического режима из условия образования оптимального профиля дна борозды.

3.1.1.1 Цель и задачи исследования.

3.1.1.2 Методика исследования. Описание лабораторной установки.

3.1.2 Результаты исследования.

3.2 Исследование влияния геометрических параметров семярас-пределителя на равномерность распределения семян лука по площади рассева.

3.2.1 Цель и задачи исследования.

3.2.2 Программа и методика исследований.

3.2.3 Результаты исследования.

3.3' - Определение показателя кинематического режима из условия оптимального распределения семян по площади рассева.

3.3.1 Цель и задачи исследования.

3.3.2 Программа и методика исследования. Описание лабораторной установки.

3.3.3 Результаты исследования.

3.4 Определение оптимальных конструктивно-кинематических параметров сошника с роторно-лопастным раскладчиком семян.

3.4.1 Цель и задачи исследования.

3.4.2 Методика проведения исследования и обработка результатов.

3.4.3 Результаты исследования.

3.5 Выводы по разделу.

4. Лабораторно-полевые и производственные исследования выполненных технических решений.

4.1 Цель и задачи лабораторно-полевых исследований.

4.1.1 Условия и методика проведения лабораторно-полевых исследований.

4.2. Результаты исследований.

4.2.1 Результаты лабораторно-полевых исследований равномерности распределения семян лука по глубине заделки.

4.2.2 Результаты лабораторно-полевых исследований равномерности распределения семян лука по площади питания.

4.3 Производственные испытания опытного образца сеялки.

4.3.1 Программа и методика исследования.

4.3.2 Результаты исследования.

4.4 Выводы по разделу.

5. Технико-экономическая оценка использования сеялки с сошниками с роторно-лопастным раскладчиком семян.

5.1 Методика экономической оценки.

5.2 Расчет затрат труда на технологическом процессе.

5.3 Расчет производительности труда.

5.4 Расчет прямых эксплуатационных затрат.

5.5 Расчет годового экономического эффекта от внедрения сеялки.

5.6 Расчет срока окупаемости дополнительных капитальных вложений.

5.7 Выводы по разделу.

Агропродовольственный сектор экономики России с начала 1990-х годов переживает кризис, обусловленный общим социально-экономическим состоянием страны, ошибками в аграрной политике, усугубившими специфические отраслевые проблемы. Среди них низкая рентабельность производства, сокращение машинно-тракторного парка (МТП), упрощение технологий, финансовые проблемы — низкий уровень цен на сельскохозяйственную продукцию, ограниченный сбыт продукции, недоступность банковских кредитов, высокая кредиторская задолженность, межотраслевой диспаритет цен и доходов, плохая адаптация предприятий сельскохозяйственного машиностроения к рыночным условиям и кризис отрасли, проблемы демографического характера и кадрового обеспечения.

Поэтому разработка, производство и введение в хозяйственный оборот АПК техники нового поколения, с существенно более высокими технико-экономическими параметрами, новых механизированных технологий и форм организации использования машинных агрегатов как человеко-машинных систем, являются основой вывода сельскохозяйственного производства на общественно необходимые объемы производства отечественного продовольствия и его конкурентоспособность.

В последние годы население страны обеспечивается сельскохозяйственной продукцией, производимой двумя основными группами товаропроизводителей — личными подсобными хозяйствами (ЛПХ) граждан, а также продукцией зарубежных фермеров примерно равными долями в стоимостной оценке, особенно овощной продукции и в частности лука.

Луку среди овощей отводится важное место. Посевы его в нашей стране занимают около 13,5% общей площади овощных культур. Однако производство репчатого лука как в целом по Российской Федерации, так и по отдельным регионам не полностью удовлетворяет потребности населения. Так, при рекомендуемой норме потребления 8. 12 кг лука на человека в год, потребление составляло всего лишь 2,5.4,0 кг [11]. Низкий уровень обеспеченности населения объясняется многими причинами экономического, технологического и организационного характера: большими трудовыми и материальными затратами, недостаточным уровнем механизации и концентрации производства.

В настоящее время выращивание лука-репки из севка является самым распространенным и наиболее освоенным способом, применяемым в средней полосе Российской Федерации, а также в северной части европейских стран. Считается, что здесь этот способ обеспечивает 75 % продукции всего урожая лука [38]. В настоящее время из-за резкого повышения цен на энергоносители, удобрения, пестициды и сельхозмашины производство репчатого лука острых сортов, выращиваемого в севочной культуре, стало нерентабельным, а товарная продукция потеряла конкурентоспособность из-за высокой ее себестоимости. Как известно, в структуре себестоимости лука-репки 60.70 % занимают затраты ручного труда на операциях по уходу и уборке. Механизированная уборка применяется на небольших площадях, а севок убирается почти повсеместно вручную. Это объясняется повышенным содержанием свободной почвы в ворохе лука машинной уборки, при применении известных способов посева. В используемых сегодня способах и схемах посева семян лука до 60.70 % поверхности поля находится под междурядьями (основными источниками поступления почвенных примесей в убранный валок) и только около 30 % - непосредственно занято культурными растениями. Результаты исследований ведущих научно-исследовательских организаций (НИИОХа, ВИМа, Украинского НИИ овощеводства и бахчеводства, Молдавского НИИ орошаемого земледелия и овощеводства и ряда других) [67], показывают, что наиболее перспективным можно считать полосовой способ посева семян лука с шириной полос более 25 см. Данный способ посева позволяет увеличить площадь, непосредственно занятую культурными растениями, улучшить условия произрастания и увеличить в итоге урожайность лука-севка.

В настоящее время реализация этого способа сдерживается отсутствием высокоэффективных конструкций соответствующих посевных машин. Серийные овощные сеялки типа СО-4,2 и СУПО-6 и ряд других посевных машин не позволяют выполнять сев полосовым способом. В этой связи задача увеличения урожайности лука-севка и улучшения его качественных показателей путем разработки и внедрения технологии полосового посева, выполнение которой осуществляется сошником с роторно-лопастным раскладчиком семян на посеве семян лука, является актуальной.

Основные объекты исследований - технологический процесс полосового посева семян лука, геометрические и кинематические параметры, а также режимы работы сошника с роторно-лопастным раскладчиком семян.

На основании выполненных исследований на защиту выносятся:

- теоретическое обоснование конструктивно кинематических параметров сошника с роторно-лопастным раскладчиком семян (Патент РФ №2252525 (Приложение 1);

- экспериментальные зависимости влияния различных факторов на оценочные показатели технологического процесса высева семян лука предлагаемым сошником и оптимизация его геометрических и кинематических параметров;

- результаты производственной проверки сеялки, оснащенной предложенными сошниками и экономическая оценка результатов исследования.

1. Состояние вопроса и задачи исследования

6. Общие выводы

1. Анализ результатов исследований ведущих научно-исследовательских организаций показал, что наиболее перспективным способом посева семян лука на севок можно считать - полосовой способ, обеспечивающий наиболее оптимальные условия для роста и развития растений. На основе проведенного анализа разработана конструкция сошника для полосового посева семян лука, предназначенная для работы на малых глубинах заделки (патент РФ № 2252525 бюллетень № 15 от 27 мая 2005).

2. Теоретическими исследованиями установлены аналитические зависимости позволяющие определить: величину продольной деформации конца эластичной лопасти раскладчика при взаимодействии с почвой; высоту гребня на дне борозды, образованного в результате прохода лопасти раскладчика; значение показателя кинематического режима X из условия минимизации высоты гребня на дне борозды образованного в результате прохода лопасти; величину показателя кинематического режима X из условия обеспечения оптимальной равномерности распределения семян по площади питания; радиус приводного элемента роторно-лопастного раскладчика семян.

3. Лабораторные исследования позволили установить оптимальное значение показателя кинематического режима X - из условия получения оптимального профиля дна борозды (продольного и поперечного) X = 3,6. .4,2. Наилучшая равномерность распределения семян лука по площади питания обеспечивается се-мяраспределителем стержневого типа со следующими геометрическими параметрами: расстояние между двумя соседними стержнями одного ряда С = 8. .10 мм, расстояние между параллельными рядами стержней Е = 9,5. 10,5 мм, диаметр стержня семяраспределителя О = 2,5.3,5 мм; расстояние от последнего ряда семяраспределителя до поверхности рассева — m = 10.50 мм. Определена экспериментально величина показателя кинематического режима А, из условия оптимального распределения семян по площади рассева А, = 3,42. На основе анализа уравнения регрессии второго порядка, полученного при реализации трех-факторного эксперимента униформрототабельного плана, определены оптимальные значения геометрических и кинематических параметров сошника с ро-торно-лопастным раскладчиком семян: показатель кинематического режима А, = 3,3.3,7; диаметр барабана роторно-лопастного раскладчика семян D = 220.240 мм; количество лопастей роторно-лопастного раскладчика семян Z= 12.14 штук.

4. Лабораторно-полевые и производственные исследований сеялки с экспериментальными сошниками проводились на базе ФГОУ ВПО «Учхоз Пензенской ГСХА» и подтвердили целесообразность применения сошников с ро-торно-лопастным раскладчиком на посеве семян лука на севок, а также достоверность теоретических и лабораторных исследований. Применение сеялки с разработанными сошниками обеспечивает прибавку урожая лука севка на 14,5. 17,2 % и хорошие качественные показатели его, как семенного материала. Выход лука севка I и III группы (наиболее ценных, как посевного материала) составил 136% и 111% к контролю.

5. Экономические расчеты показывают, что применение сеялки с сошниками с роторно-лопастным раскладчиком семян экономически целесообразно. При незначительном росте эксплуатационных издержек на посеве семян лука предлагаемой сеялкой (на 4,8 руб/га), годовая экономия от получения дополнительной продукции (от увеличения урожайности и улучшения качества посевного материала) составит 12680 руб/га. Годовой экономический эффект на одну машину составил 1793 руб.

1. Адлер Ю.П., Ермакова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. - 279 с.

2. Александров A.B., Потапов В.Д., Державин Б.П., Сопротивление материалов. М.: Высш. шк., 1995. - 560 с.

3. Аниферов Ф.Е. Машины для овощеводства. — Л.: Колос, 1983. — 288 с.

4. Аниферов Ф.Е., Ивдотий Л.А. Машины и орудия для возделывания овощных культур. — Л.: Колос. 1966. - 215 с.

5. А. С. № 1748699. Сошник для широкополосного посева. Пьяных В.П., Кочугов A.M., Русанов В.А. Бюл. № 27. - 1992

6. A.C. 1463157 СССР, МКИ А 01 С 7/00. Способ посева сельскохозяйственных культур и устройство для его осуществления /О.М. Мацепуро, H.A. Шпаковский, А.П. Кастрток, Опубл. в Б.И., 1989. - №9.

7. Бахмутов В.А., Базаров М.К., Ковзалев В.И. Влияние геометрических параметров сошника и его поступательной скорости на смещение почвенных частиц.// Сб. науч. тр. / ЧИМЭСХ. Челябинск, 1970. -Вып. 33.-С. 17-18

8. Беляев Е.А. Посевные машины. — М.: Россельхозиздат, 1987. — 62 с.

9. Беляк Б.И. Широкополосный посев //Тез. докл. науч.-практ. конф/ Харьков, 1962. С. 63-65.

10. Богданов В.Н. Механизированная технология производства овощных культур // Науч. тр. Новосиб. СХИ, 1980. Т. 131. - С. 68-70.

11. Борисенко Е.И. Современные посевные и посадочные машины. — Минск: Урожай, 1971. 120 с.

12. Бугров Я.С., Никольский С.М. Высшая математика. Дифференциальные уравнения. Краткие интегралы. Ряды. Функции комплексного переменного: Учебник. — М.: Наука, 1989. — 464 с.

13. Бузенков Г.М., Ма С.А. Машины для посева сельскохозяйственных культур. М.: Машиностроение, 1976. - 272 с.14,15