автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка и обоснование параметров сошника сеялки для подпочвенно-разбросного посева



1 4 ч/ С / ^

КАЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ

АКАДЕМИЯ

ЗЕМДИХАНОВ МИНСУР МИНАЛИМОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СОШНИКА СЕЯЛКИ ДЛЯ ПОДПОЧВЕННО-РАЗБРОСНОГО ПОСЕВА

05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства

Научный руководитель: заслуженный деятель науки и техники РТ, кандидат технических наук, профессор Х.С. Гайнанов

КАЗАНЬ -1999

АННОТАЦИЯ

диссертационной работы Земдиханова М.М. выполненного на тему "Разработка и обоснование параметров сошника сеялки для подпочвенно-разбросного посева", представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.20.01- механизация сельскохозяйственного производства.

Целью работы является повышение эффективности технологического процесса посева путем разработки более совершенной конструкции сошника для подпочвенно-разбросного посева и обоснование основных параметров и режимов работы его рабочих органов.

Научная новизна состоит в разработке; теоретических основ для обоснования рабочего процесса; в создании сошника для подпочвенно-разбросного посева с новым автоколебательным бороздооткрывающим рабочим органом и пневматическим распределителем семян; в установлении закономерностей взаимодействия автоколебательного бороздооткрывателя с почвой и оптимальных параметров и режимов его работы, а также оптимальных параметров и режимов работы пневматического распределителя семян.

Экспериментально подтверждены основные результаты теоретических исследований. Установлено, что автоколебательный рабочий орган сошника меньше залипает почвой, не обволакивается растительными остатками, обладая при этом меньшим тяговым сопротивлением по сравнению существующими лапами сошников. Также разработанный пневматический распределитель семян обеспечивает более равномерное распределение семян по площади питания и по глубине заделки, чем сошники существующих сеялок, в результате урожайность зерновых культур повышается на 15.. .20 %.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы и приложений.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ .................................................................. 6

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Технологические и агротехнические требования, предъявляемые к способам посева................................................ 9

1.2. Анализ существующих способов посева зерновых культур 11

1.3. Анализ конструкций рабочих органов сеялок для подпочвенно-разбросного посева ................................................ 13

1.4. Анализ работы бороздооткрывающих устройств сошников

для подпочвенно-разбросного посева ................................. 14

1.5. Анализ работы распределительных устройств сошников

для подпочвенно-разбросного посева ................................ 27

1.6. Выводы, цель и задачи исследования........................... 33

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Уравнение движения рабочего органа ........................... 35

2.1.1. Уравнение движения рабочего органа с осью поворота вблизи носка лапы ......................................................... 38

2.1.2. Уравнение движения рабочего органа с осью поворота, удаленной от носка лапы ................................................ 41

2.1.3. Решение уравнения движения рабочего органа и ее анализ .........................................:................................... 46

2.2. Исследование процесса распределения семян подпочвенно-разбросным сошником ................................................... 53

2.2.1. Обоснование формы поперечного сечения семяпровода

при его вертикальном расположении ................................. 56

2.2.2. Определение формы поперечного сечения семяпровода

при его расположении под углом к вертикали ...................... 59

2.2.3. Уравнение образующей распределителя семян .............. 68

ГЛАВА 3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬ-НЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

А. МЕТОДИКА ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Цель и программа лабораторных исследований ............... 79

3.2. Методика определения физико-механических свойств

почвы ........................................................................ 80

3.3. Методика исследований по обоснованию рациональных параметров колебательного рабочего органа ........................ 83

3.4. Лабораторная экспериментальная установка, измерительные приборы и аппаратура.............................................. 83

3.5. Планирование экспериментальных исследований ............ 88

Б. МЕТОДИКА ПОЛЕВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.6. Цель и программа полевых исследований ...................... 91

3.7. Методика исследований агротехнических показателей работы ........................................................................... 92

3.8. Общая методика обработки результатов экспериментальных исследований ......................................................... 94

3.9. Определение погрешности измерений и числа повторно-стей экспериментов ....................................................... 95

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

А. РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Исследование и обоснование параметров колебательного

рабочего органа ............................................................ 98

Б. РЕЗУЛЬТАТЫ ПОЛЕВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.2. Исследование проходимости колебательного рабочего органа ........................................................................ 103

4.3. Энергетическая оценка рабочего процесса, выполняемого колебательным рабочим органом....................................... 104

4.4. Исследование влияния угла наклона семяпровода и скорости воздушного потока на агротехнические показатели........... 10Н

4.5. Сравнительные исследования агротехнических показателей работы экспериментальной сеялки .................................... 109

ГЛАВА 5. ОЦЕНКА ТЕХНИКО - ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СЕЯЛКИ ДЛЯ ПОДПОЧВЕННО - РАЗБРОСНОГО ПОСЕВА

5.1. Результаты производственных испытаний и их анализ ...... 114

5.2. Расчет технико-экономических показателей использования сеялки для подпочвенно-разбросного посева........................ 119

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.............................................. 127

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ........................ 129

ПРИЛОЖЕНИЯ ................................................................... 143

ВВЕДЕНИЕ

Большие резервы в увеличении урожаев и повышении эффективности производства зерна имеются в совершенствовании технологических процессов, в разработке и внедрении новых машин и комбинированных агрегатов, обеспечивающих высококачественное и своевременное выполнение сельскохозяйственных работ.

Одним из путей повышения урожайности является внедрение в сельскохозяйственное производство подпочвенно-разбросного способа посева, наиболее полно удовлетворяющего агротехническим требованиям, предъявляемым к севу зерновых культур.

Преимущества подпочвенно-разбросного (безрядкового) способа посева зерновых культур перед другими неоспоримо: свет, тепло, вода и питательные вещества, оказывающие огромное влияние на рост и развитие растений, распределяются между ними равномерно.

Многолетний опыт ряда научно-исследовательских учреждений, а также производственные данные хозяйств показывают, что посев подпочвен-но-разбросными сеялками по сравнению с рядовыми и узкорядными обеспечивают прибавку урожая от 15 % до 45 %.

Одновременно подпочвенно-разбросной посев позволяет совместить операции обработки почвы, внесения удобрений и посева сельскохозяйственных культур. Совмещение операций при обработке почвы и посеве значительно снижает вредное воздействие от переуплотнения почвы многократным проходом однооперационных агрегатов. При этом сокращаются сроки проведения работ, увеличивается производительность труда в 1,5...3 раза, снижается на 20.. .30 % расход топлива и др.

Однако, несмотря на все преимущества подпочвенно-разбросного посева по сравнению с другими, эти сеялки пока не получили широкого распространения из-за ряда недостатков конструктивного и технологического

характера, основными из которых являются плохая проходимость сошников из-за забивания растительными остатками и склонности к сгруживанию почвы, неудовлетворительная заделка семян по глубине. Также недостаточно высокой является равномерность распределения семян по ширине захвата сошников.

В этой связи большую перспективу в качестве бороздооткрывателей для сошников подпочвенно-разбросного посева имеют колебательные рабочие органы, которые не сгруживают почву и не забиваются, а также пневматические распределители семян, позволяющие более равномерно распределять семена по площади питания, а также снизить высоту наральника и увеличить ширину захвата сошника.

Особый интерес представляют автоколебательные рабочие органы, в которых колебательное движение лапы возникает за счет непостоянства реакции почвы на эту лапу. Такие рабочие органы значительно проще и экономичнее, в то время как конструкции с активным приводом лапы технически более трудоемкие и дорогостоящие в изготовлении и эксплуатации.

Настоящая работа посвящена изысканию, разработке и обоснованию параметров автоколебательного рабочего органа и пневматического распределителя семян сошника для подпочвенно-разбросного посева.

На защиту выносятся следующие научные и практические положения:

1) схема и конструкция автоколебательного бороздооткрывателя и распределителя семян сошника для подпочвенно-разбросного посева;

2) уравнения колебательного движения лапы сошника и методика их решения;

3) уравнения, определяющие форму поперечного сечения вертикального и наклонного семяпровода;

4) уравнения криволинейной образующей распределителя семян;

5) разработанные программы для решения уравнения колебательного движения на ЭВМ численным методом и определения характеристик колебания в зависимости от параметров рабочего органа и свойств почвы;

6) результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию рациональных параметров сошника для подпочвенно-разброс-ного посева;

7) агротехнические и технико-экономические показатели работы машины для подпочвенно-разбросного посева.

ГЛАВА 1

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Технологические и агротехнические требования, предъявляемые

к способам посева

Жизнедеятельность, рост растений и их урожайность определяются совместным наличием четырех групп факторов: свет, тепло, вода и элементы пищи.

Равномерность распределения между растениями четырех групп равнозначимых и взаимно незаменимых факторов во многом зависит от равномерности их распределения по площади и по глубине посева, чтобы каждое взошедшее растение обеспечивалось оптимальной площадью питания.

Оптимальной площадью питания академик И.И. Синягин называет "...определенную площадь поля с соответствующей толщиной почвы и объемом воздуха, которые приходятся на одно расстение в посеве или насаждении, и при которой достигается не наибольшая продуктивность растения, а получается максимальный урожай основной продукции данной культуры высокого качества с единицы площади при наименьших затратах труда и материальных средств" /130/.

Также, профессор Ф.Е. Колясов, изучая влияние способов посева на условия развития и урожайность зерновых культур, отмечал, что "... общая продуктивность культуры, то есть величина накопления органического вещества зависит от условий фотосинтеза, связанного с площадью светового питания и степенью использования природной освещенности каждым растением, а также от водного и минерального питания, создаваемых физическими и химическими свойствами корнеобитаемого слоя" /77/.

Вместе с тем, на полноту использования растениями света, тепла, влаги и питательных веществ влияет не только размеры площади питания, но и ее форма.

Известно, что корневая система злаков имеет вид конуса с вершиной в узле кущения и распространяется в почве равномерно во все стороны, образуя в проекции на плоскость, перпендикулярную оси корня, круг определенного радиуса. Поэтому некоторые исследователи наиболее оптимальной формой площади питания для растений считают круг /128/. По мнению И.И. Синягина /130/ растения имеющие такую форму площади питания и круговую освещенность лучше кустятся, растут более мощными и у них более прочные стебли, колос длиннее, а зерно полноценнее, чем у растений с недостаточной освещенностью.

Так как круги не могут покрыть всей поверхности без взаимного перекрытия, то, по мнению академика H.A. Майсуряна /92/ и других ученых, более совершенным способом посева будет такой, при котором площадь питания имеет форму правильного шестиугольника.

Многочисленные исследования /10, 24, 54, 75, 77, 118, 125, 130, 132, 133, 141/ показали, что оптимальная площадь питания для одного растения зерновых колеблется в зависимости от почвенно-климатических условий в пределах 10...30 см .

Профессор В.А. Бахмутов /10/ установил, что для конкретных почвенно-климатических условий зоны Среднего Поволжья, максимальная урожайность пшеницы Саратовская 29 достигается при оптимальной площади питания 25,38 см2.

По мнению академика А.Н. Майсуряна /92/ из-за неравномерности распределения семян по площади и глубине к моменту уборки число растений зерновых культур составляет не более 50 % от высеянных всхожих семян, а в ряде случаев и меньше.

По мнению профессора А.Н. Семенова /128/, только за счет неравномерности высева по площади поля народное хозяйство СССР недобирало ежегодно по 15...20 % пшеницы.

Другим важным фактором, влияющим на развитие и урожайность растений, является равномерность глубины заделки семян при посеве. Неравномерная по глубине заделка семян зерновых приводит к недружному появлению всходов, биологическому угнетению растений друг другом, неодновременному созреванию. Академик В.Р. Вильяме отмечает /24/, что отклонение глубины заделки семян пшеницы от оптимального значения на ± 2,5 см снижает ее урожайность на 25.. .30 %.

1.2. Анализ существующих способов посева зерновых культур

В производстве зерновых культур различают рядовой, узкорядный, перекрестный и подпочвенно-разбросной (безрядковый) посев.

От способа посева зависит равномерность распределения семян по площади и глубине заделки.

Наибольшее распространение в настоящее время получил рядовой посев зерновых колосовых культур с междурядьями 150 мм. Академик П.А. Некрасов /118/, рассматривая рядовой способ посева, отмечал, что строго научных обоснований к такому размещению растений, как со стороны агрономической, так и со стороны технической не имеется. Он предполагает, что данное размещение сошников с шириной междурядий 150 мм вытекает из тех соображений, что при подобной величине междурядья они менее способны забиваться.

Форма элементарной площади питания каждого растения при рядовом посеве представляет собой сильно вытянутый в стороны от рядка прямоугольник, соотношение сторон которого достигает 1: (10... 15). При таком способе посева растения сильно загущены в рядке, в то время как междурядье остается неиспользованной. Исследователями установлено, что при та-

ком размещении посевов растения используют около 30 % площади питания, особенно в начальных фазах развития /118/.

С целью повышения равномерности распределения растений по площади были разработаны и применены узкорядный и перекрестный способы посева. При этом конфигурации элементарной площади питания в некоторой степени приближаются к квадрату. Эти способы посева также имеют значительные недостатки. Перекрестный посев требует двукратного прохода агрегата по полю, что повышает затраты труда и материальных средств, также возрастает уплотненность почвы и повышается густота расположения растений в местах пересечения рядков, а с агрономической точки зрения главным недостатком перекрестного сева является затягивание сроков его проведения /11, 15, 68/. Узкорядный посев приближает площадь питания одного растения к квадрату, что благоприятно сказывается на их росте и развитии. Узкорядный способ приводит к увеличению урожайности на 22 % /128/.

Однако, как отмечает академик A.M. Майсурян, уменьшение междурядья в узкорядных сеялках приводит к забиванию их сошников при работе на засоренных и переувлажненных почвах, что вызывает ухудшение равномерности глубины заделки семян /92/.

Попытки устранения недостатков вышеперечисленных способов посева привели исследователей и конструкторов к созданию сеялок, осуществляющих подпочвенно-разбросной посев зерновых культур. Суть данного способа посева заключается в том, что семена распределяются под поднятым почвенным пластом. Равномерное распределение семян по площади осуществляется распределительными устройствами, установленными в подсошни-ковой полости.

По мнению академиков А.Н. Майсуряна /92/ и И.В. Якушкина /146/ безрядковые сеялки имеют большие перспективы, т.к. они более равномерно распределяют семена по площади, позволяют совмещать операции культивации и посева, способствуют сохранению влаги в почве. Также Ф.В. Грищенко

отмечает, что подпочвенно-разбросной посев дает более равномерное распределение семян по площади, снижает засоренность посевов на 25...30%, повышает урожайность зерна на 10.. .25 % /49, 53/.

Прибавку урожая на 10...35 % при подпочвенно-разбро