автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка высевающего аппарата для посева мелкосеменных культур с обоснованием его конструктивно-режимных параметров

На правах рукописи

НАЗАРОВА Наталья Николаевна

РАЗРАБОТКА ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА ДЛЯ ПОСЕВА МЕЛКОСЕМЕННЫХ КУЛЬТУР С ОБОСНОВАНИЕМ ЕГО КОНСТРУКТИВНО-РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

7 НОЯ 2013

Ульяновск-2013

005536917

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия имени П.А. Столыпина» (ФГБОУ ВПО Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина» Исаев Юрий Михайлович

Официальные оппоненты: Давлетшин Мударис Мубарякшанович

доктор технических наук, старший научный сотрудник, кафедра сельскохозяйственных машин, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Башкирский государственный аграрный университет» (ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ), профессор

Зыкин Евгений Сергеевич

кандидат технических наук, доцент, кафедра безопасности жизнедеятельности и энергетика ФГБОУ ВПО Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина, доцент

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное об-

разовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарская государственная сельскохозяйственная академия»

Защита состоится 29 ноября 2013 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.003.04 при ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ тго адресу: г. Уфа, ул. 50 лет Октября, 34, ауд. 257/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Башкирский

ГАУ.

Автореферат разослан « ж

» октября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

С.Г. Мударисов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из важнейших этапов возделывания мелкосеменных культур в технологиях производства продукции растениеводства является посев семян. Посев должен создать наиболее благоприятные условия для прорастания семян и дальнейшего развития растений, способствовать увеличению полевой всхожести и урожайности высеваемых культур.

Для этого необходимо обеспечить равномерность распределения семян в рядке, которая во многом определяется совершенством высевающих аппаратов, устойчивость подачи и постоянство необходимой нормы высева, а также исключить повреждения семя.

В настоящее время для посева мелкосеменных культур в основном используют зерновые сеялки, снабженные катушечными высевающими аппаратами. При вынужденном использовании этих сеялок для посева мелкосеменных культур семена смешивают с различными наполнителями. Неравномерность общей массы семян, а также возможный контакт с химическими удобрениями негативно влияют ца всхожесть семян и качество их распределения в почве. Конструктивным недостатком катушечного высевающего аппарата является порционное дозирование, а также травмирование семян. Все это ведёт к снижению полевой всхожести и урожайности. Поэтому разработка высокоэффективных, простых по конструкции и надежных в эксплуатации высевающих аппаратов на базе спирально-винтовых рабочих органов является одной из главных задач механизации сельскохозяйственного производства.

Степень разработанности темы. Конкретизирована классификация, основанная на технологических особенностях высевающих аппаратов, способных высевать семена различных сельскохозяйственных культур, разработана конструктивно-технологическая схема высевающего аппарата со спирально-винтовым рабочим органом, выполнено теоретическое исследование процесса перемещения семян спиральным винтом от семенного ящика до семяпровода, установлена зависимость между основными параметрами спирально-винтового высевающего аппарата, проведены исследования работы аппарата в лабораторных и полевых условиях на зерновой сеялке.

Работа выполнена в соответствии с планом НИОКР ФГБОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия имени П.А. Столыпина» на на 2011...2015 г.г. по теме: «Разработка ресурсо-, энергосберегающих технологий и средств механизации сельского хозяйства» (государственный регистрационный номер-01201157951).

Цель работы. Повышение качества высева мелкосеменных культур на основе разработки высевающего аппарата со спирально-винтовым рабочим органом и обоснования его оптимальных конструктивно-режимных параметров.

Задачи исследований:

1. Разработать конструкцию высевающего аппарата со спирально-винтовым рабочим органом для посева мелкосеменных культур.

2. Выполнить теоретические исследования технологического процесса работы высевающего аппарата.

3. Выполнить экспериментальные исследования влияния конструктивно-режимных параметров высевающего аппарата на процесс его работы и определить оптимальные их значения.

4. Провести производственные исследования разработанного высевающего аппарата, определить его экономическую эффективность при посеве мелкосеменных культур.

Объект исследований. Технологический процесс высева мелкосеменных культур высевающим аппаратом с рабочим органом в виде спирального винта.

Предмет исследований. Закономерности влияния конструктивно-режимных параметров рабочего органа высевающего аппарата на качество посева мелкосеменных культур.

Научная новизна:

— аналитические выражения по определению оптимальных конструктивно-режимных параметров работы высевающего аппарата с учетом физико-механических свойств семян;

— математическая модель движения семян по поверхности винтовой линии спирали, отличающаяся тем, что угловая скорость перемещения семян, находится в зависимости от коэффициента трения семян по спирали и её угла наклона винтовой линии;

— аналитические зависимости для определения скорости и ускорения частицы перемещаемого материала, в аксиальном направлении, отличающиеся тем, что движение частицы происходит по криволинейной траектории внутренней поверхности кожуха с переменным шагом спирали.

Новизна технических решений подтверждена патентами РФ на полезные модели №91797 и 131563.

Теоретическая и практическая ценность работы. Проведенные научные исследования послужили основой для разработки высевающего аппарата со спирально-винтовым рабочим органом. Применение разработанного высевающего аппарата для посева мелкосеменных культур позволяет улучшить равномерность высева и повысить урожайность семян проса на 5...8 % по сравнению с сеялкой, оборудованной катушечными высевающими аппаратами.

Методология и методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием законов теоретической механики и механики сплошной среды. Получены зависимости и математические модели движения семян в высевающем аппарате, перемещаемых спирально-винтовым рабочим органом. Экспериментальные исследования проведены с использованием методики планирования экспериментов. Полученные результаты обработаны методами математической статистики с помощью программ «MathCad», «Statistica 6.1» и «Excel» для ПЭВМ.

Вклад автора в проведенное исследование. Исследован процесс высева мелкосеменных культур, определены оптимальные конструктивно-режимные параметры высевающего аппарата со спирально-винтовым рабочим органом; предложена математическая модель движения семян по поверхности винтовой линии спирали; проведена статистическая обработка результатов исследований, а также выполнено технико-экономическое обоснование применения экспериментальной сеялки, оснащенной разработанным высевающим аппаратом.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

1. Теоретические выражения по определению оптимальных конструктивно-режимных параметров работы высевающего аппарата с учетом физико-механических свойств семян.

2. Математические модели движения семян по поверхности винтовой линии спирали, аналитические зависимости для определения скорости и ускорения частицы перемещаемого материала.

3. Теоретически и экспериментально обоснованные конструктивно-режимные параметры высевающего аппарата, обеспечивающие требуемую норму высева семян.

4. Оптимальные значения конструктивно-режимных параметров высевающего аппарата, обеспечивающие равномерность высева семян с различными физико-механическими свойствами и результаты их проверки в производственных условиях.

Реализация результатов исследований. Исследования экспериментального высевающего аппарата для посева мелкосеменных культур в производственных условиях подтверждены актом внедрения в ООО «АГРОТЕХ» Ста-ромайнского района Ульяновской области.

Степень достоверности и апробация работы. Сравнительная оценка теоретических и экспериментальных исследований выполнена с помощью критериев Стьюдента, Фишера и Кохрена; результаты экспериментальных исследований высевающего аппарата подтверждены в производственных условиях.

Основные результаты исследований опубликованы в открытой печати и доложены на международных научно-практических конференциях в Ульяновской ГСХА им. П.А. Столыпина (г. Ульяновск, 2010 г.), Алтайском ГАУ (г. Барнаул, 2010 г.), Пензенской ГСХА (г. Пенза, 2011 г.), Саратовском ГАУ (г. Саратов, 2011 г.) и на общероссийской научной конференции (г. Москва, РАЕ, 2013 г.).

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 22 научных работах, из них 4 в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, получены два патента РФ на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 108 наименований и приложения. Основной текст изложен на 119 е., содержит 14 таблиц и 47 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложен анализ состояния вопроса исследований, представлены основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследования» рассмотрены агротехнические требования, которые предъявляются к средствам посева, а именно, к высевающим аппаратам, а также технологии посева некоторых мелкосеменных культур. Проведен анализ конструкций существующих высевающих устройств отечественного и зарубежного производства.

Вклад в развитие теоретических основ и проектирование средств механи-

зации на основе спирально-винтовых рабочих органов внесли учёные: Преображенский П.А., Каптур З.Ф., Куцын Л.М., Резник Е.И., Деева В.П., Дринча В.М., Артемьев В.Г., Губейдуллин Х.Х., Исаев Ю.М.

Проведенный литературный и патентный анализ показывает, что существующие конструкции сеялок агротехнические требования, предъявляемые к средствам посева, полностью не выполняют. В настоящее время конструкции высевающих устройств обеспечивают удовлетворительный посев Зерновых и зернобобовых культур, но не позволяют произвести равномерный высев мелких семян (просо, козлятник восточный и др.) с нормой высева в зависимости от культуры от 2 кг/га.

В соответствии с поставленной целью работы определены задачи исследований.

Во второй главе «Теоретическое исследование технологического процесса работы высевающего аппарата» рассмотрена взаимосвязь конструктивных, кинематических и динамических параметров высевающих устройств со спирально-винтовыми рабочими органами.

Одним из таких устройств может служить спиральный винт, принцип работы которого заключается в следующем. В цилиндрическом кожухе, сообщающимся с одной стороны с семенным ящиком, а с другой - с семяпроводом, вращается на цилиндрическом валике спиральный винт. Семена мелких культур самотёком поступают в цилиндрический кожух и направляются далее в семяпровод спирально-винтовым рабочим органом.

Расположение спирального винта к семенному ящику может быть горизонтальное, вертикальное или наклонное. Окна, расположенные на входе и выходе цилиндрического кожуха, возможны торцевые, боковые или комбинированные.

до центра массы зерна, м.

Условие равновесия материальной точки относительно системы координат ху2 имеет вид:

Рисунок 1 — Схема действия сил на зерно, находящееся на поверхности горизонтально расположенного спирального винта

Рассмотрим случай, когда спирально-винтовое устройство располагается горизонтально (рисунок 2). В этом случае действуют силы: й — сила тяжести, Н; /V, -нормальная реакция поверхности витка спирали, Н; — нормальная реакция внутренней поверхности кожуха, Н; - сила трения зерна о виток спирали, Н; ^ - сила трения зерна о внутреннюю стенку кожуха, Н; С - сила тяжести, Н; Ячв - центробежная сила, Н; а - угол наклона винтовой линии спирали, град.; со - угловая скорость вращения спирали, с"1; / - время, с; г - расстояние от оси вращения

.-1

^]x = Ft -F2 +Gsin(iy/)cosar = 0, y£y = Ni-Gsin(ffl/)sina = 0, (1)

YJz = X,l-N2+Gcos(at) = 0. Значения нормальных реакций 7V| и N2 при этом будут равны: N) =Gsin(iO/)sina;; N 2 = R^ + G cos (at). Из уравнений (1) после преобразования получим:

/¡sin(fij?)sinar-/jcos(iyr)-sin(0r)cosflf

Л--7-> Ц)

J\

гдеfi - коэффициент трения частицы о поверхность спирального винта.

В этом выражении единственная переменная со t отражает влияние силы тяжести G на равновесное положение материальной точки. Максимальное значение переменная достигает при —. Это значение является критическим с точки зрения нарушения равновесия.

71

Следовательно, выражение (2) при at = — примет вид:

,_fi sin a-cos а

к - ~ • (3)

J1

После преобразований получим:

к<-со5(<р + а)^1 + —, (4)

где (р - угол трения материальной точки о поверхность спирального винта, град.

Выражение (4) является условием движения зерна к выходу из кожуха.

Для расчета и разработки высевающего аппарата со спирально-винтовым рабочим органом необходимо иметь данные о характере функциональной зависимости между его параметрами и кинематическими составляющими движения перемещаемого материала и отдельных его частиц.

Такая связь была установлена для случая, когда частица материала, при установившемся характере движения, перемещается по кожуху аппарата в аксиальном направлении и совершает криволинейное движение по внутренней поверхности кожуха.

Для такого случая зависимости установлены в самом общем математическом виде и не нашли должного применения в инженерных расчетах спиральных устройств. Поэтому возникает необходимость установления этих связей в пригодном для практического использования виде для предлагаемого спирально-винтового высевающего аппарата.

Рассмотрим наклонный под углом 8 к горизонту цилиндрический кожух (рисунок 2), в котором спиральный винт вращается вокруг своей оси с постоянной угловой скоростью а>; с переменным шагом винтовой линии 5/<52<...<■?„• В начальный момент времени частица материала располагается в нижней точке кожуха, но с течением времени она под действием силы трения, возникающей

между частицей и поверхностью спирального винта, начнёт движение по криволинейной траектории, отклоняясь от своего первоначального положения одновременно вверх и вдоль оси кожуха в направлении вращения спирального винта.

Рисунок 2 - Схема сил, приложенных к частице в спирально-винтовом высевающем аппарате

Рассмотрим более детально рисунок 2. Направления сил Л^, И2, С, С/, С2, за исключением силы трения частицы о внутреннюю поверхность кожуха, известны. Причём, вследствие того, что образующие спирали перпендикулярны к её оси, реакция /V, и сила трения /¡ТУ, во всех точках движения будут располагаться в плоскостях Оуг и Ог(р (рисунки 3 и 4).

реакции поверхности витка спирали реакции поверхности витка

в плоскости Оуг спирали в плоскости О г <р

Следовательно, угол р между нормальной реакцией поверхности витка спирали и осью, перпендикулярной к винтовой линии, зависит от геометрических характеристик спирального винта, цилиндрического кожуха и размера частиц перемещаемого материала в устройстве

1 = агс51пГ0~Г2~Ч (5)

где г0 - внутренний радиус цилиндрического кожуха, м; г, - радиус частицы, м; г2 -радиус спирального винта, м; гз~ радиус проволоки спирали, м.

Положение касательной к траектории движения частицы по внутренней поверхности кожуха определяет силу трения f2N2, которая направлена по касательной в обратную сторону направления скорости движения частицы.

Привяжем частицу перемещаемого материала к цилиндрическим осям координат 0r,0(p,0z елевой системой отсчета. В этом случае дифференциальные уравнения движения частицы в проекциях на оси координат примут следующий вид, с учётом, что N2> 0:

т (i; -rep-) = mg cos у - N2 + Nt sin Д

гф

т(2гф + гф) = N, sinacos# + fxN{ cos or - mgsmycosA- f2N2 -j====, (6) mi = N. cos or cos в - f.N. sin a - mgsin ^sin Я - f2N2 , 2 ,

y]z¿+r<p

где m - масса частицы, кг; г, г - первая и вторая производная от перемещений частицы по оси О соответственно; у - угол наибольшего ската плоскости, касательной к образующей кожуха, проходящей через движущуюся частицу, град.; ф, ф -первая и вторая производная от перемещений частицы по оси 0<р соответственно; а - переменный угол наклона винтовой линии спирального винта к плоскости его поперечного сечения, зависящий от его шага, град.; / - коэффициент трения частицы о поверхность спирального винта; /2 - коэффициент трения частицы о внутреннюю поверхность кожуха; Л - угол между направлением составляющей силы тяжести по линии наибольшего ската и направлением оси спирального винта, град.; z, z- первая и вторая производная от перемещения частицы по оси Оz соответственно.

Но, как известно,

ICOS^ = COS<5-COSÍ¡7

sin у - л/l —cos2 8 ■ cos2 (р где (р _ уГ0Л перемещения частицы по внутренней поверхности кожуха в направлении, перпендикулярном к оси спирального винта, град.

При этом

sin Л =

cos Л:

sin¿ sin/

sin 8

- eos2 8 ■ eos2 (p

sin2£ _ cosj-siníd sin2;'

лД-cos2 8 -eos2 cp

Но при перемещении частицы по кожуху в плоскости, перпендикулярной к оси Оz, т.е. к оси спирального винта, частица выполняет относительное угловое перемещение на угол {со í-<p) в указанной плоскости. Соответственно перемещение, скорость и ускорение частицы в аксиальном направлении выразится следующим образом:

íz = ra(a)t-<p)tga,

■ z = ra(co-<p)tga, (9)

z = -ra(f>tgcc.

Если в системе уравнений (6) исключить нормальные реакции ЛГ, и N2, приняв во внимание, что г = /-„ = consí, г = г = 0, и подставив значения (7) и (8), то получим одно уравнение с одним неизвестным относительно координаты <р.

и(Ф) . с

- g cos <5sin <р+g —~ sin ó V(<p)

9

где А(ф) -

гф

^rl{co-yftg1a-

■ГоФ1

В(ф) =

(10)

>■((u-ф)tga

Гд (т - ф)г tg2a + г2ф2

С = sinacosР + f{ cosa; D = cosacos/?-/¡sin a; U = и(ф) = С - f2A(ф)sin V = У(ф) = D - /гВ(ф) sin р. Если устройство расположено горизонтально, т.е. 8 =0, то получим:

<Р = -

f,(gcos<p + rá2) ~А(Ф)

- gs\n<p

1 + tga

и(Ф)

У(ф)

(И)

Дифференциальные уравнения, полученные в результате расчётов, описывают траекторию перемещения частицы материала по внутренней поверхности кожуха спирально-винтового высевающего аппарата. Представленные уравнения решали численными методами с помощью ЭВМ. Подставив полученные зависимости от времени в первое и во второе уравнение (9), можно найти выражения для определения перемещения и скорости движущейся частицы с учётом параметров конструкции спирального винта. Начальные условия движения частиц и числовые значения постоянных, входящих в уравнения, для решения полученных уравнений для каждого конкретного случая различны. Следовательно, каждая частная задача пред-

полагает отдельное решение.

Затухающие колебания частицы преобладают около образующей кожуха при углах наклона к горизонту 8 меньше 15° и скоростях вращения, определяемых значениями критерия к = со2г / g «1. Для них характерна фазовая траектория, изображенная на рисунке 4. С увеличением шага винта с течением времени скорость перемещения частицы увеличивается, как показано на рисунке 5.

t, с

Рисунок 4 - Фазовая траектория угло- Рисунок 5 - Изменение осевой скоро-вой скорости и перемещения частицы emu z частицы в зависимости от

времени Г

Отмечается, что при использовании в высевающем аппарате спирального винта с переменным шагом наблюдается, в начальный нестационарный момент времени некоторое колебание осевой скорости перемещения частицы. После первой секунды и далее осевая скорость частицы непрерывно возрастает.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» приведены программа и методика лабораторно-полевых исследований, общие виды и схемы экспериментальных установок, методы обработки результатов исследований и определение нормы высева семян мелкосеменных культур высевающим аппаратом со спирально-винтовым рабочим органом

Экспериментальные исследования процесса высева мелкосеменного материала спирально-винтовым рабочим органом проведены на установке, принципиальная схема которой представлена на рисунке 6.

12 . 11 7

\

с-

Т^ / /' / /' / XV4

-5..' -£-/. и 9] _ю/ П./ \Л

Рисунок 6 - Принципиальная схема высевающего аппарата: 1 - крышка; 2 - семенной ящик; 3 - дозатор семян; 4 - болт; 5 - подшипник; б, 12 -приводные сменные диски; 7-трубка неподвижная; 8-корпус; 9-семена; 10 - спирально-винтовой рабочий орган; 11 - болтовое соединение; 13 - семяпровод; 14 - выходное окно

Частота вращения спирально-винтового рабочего органа изменялась частотным преобразователем. Энергозатраты в случае использования электропривода измерялись ваттметром.

Исследования процесса высева экспериментальным высевающим аппаратом проводили на стандартной сеялке (рисунке 7).

Рисунок 7 - Сеялка с экспериментальным высевающим аппаратом

Высевающий аппарат позволяет улучшить заполнение межвиткового пространства спирально-винтового рабочего органа и снизить повреждение семян при транспортировании их к сошнику за счет сокращения площади контакта семенного материала с витками рабочего органа.

Проверку достоверности теоретических исследований и агротехническая оценка работы экспериментальной сеялки проводили в полевых условиях в соответствии с ГОСТ 31345-2007.

В четвертой главе «Результаты лабораторных и производственных исследований процесса высева семян» представлены результаты лабораторных и полевых исследований.

Равномерное распределение семян по площади поля определяет эффективность работы спирально-винтового высевающего аппарата. Основным дозирующим элементом этого устройства является спирально-винтовой рабочий орган, поэтому была сделана оценка влияния его основных конструктивных элементов на подачу семян и неустойчивость высева.

На спирально-винтовом высевающем аппарате с различными диаметрами наружного кожуха, диаметрами спирального винта и шага винтовой линии 5 = 6.. .24 мм проведены экспериментальные исследования процесса высева таких мелкосеменных культур как просо, люцерны и козлятника восточного насыпной плотностью соответственно р = 858 кг/м3, р = 826 кг/м3 и /5 = 800 кг/м3. Выбор пределов частоты вращения спирально-винтового рабочего органа определялся нормой высева и экспериментальными исследованиями. Отмечено, что снижение или уве-

личение частоты вращения спирали от значений п = 15.. .35 мин"' нарушает ход тех-? нологического процесса.

Результаты экспериментального исследования по определению влияния шага спирали на подачу семян проса при различных частотах вращения спирального винта представлены графической зависимостью на рисунке 8 (диаметр наружного кожуха <1„ = 28 мм, диаметр внутреннего кожуха с!в = 20 мм, диаметр проволоки спирали с!п = 3 мм) и уравнением регрессии:

= 0,094-4,3 ■ 10~3и +1,9• Ю-4«2 -5,06 • 10~3^ + 4,8• 10""*я2 +2,5 ■ Ю-4от, (12) где Q - подача, г/с; п - частота вращения рабочего органа, мин"1; 5 - шаг винтовой линии спирали рабочего органа, мм.

Рисунок 8 - Зависимость подачи семян проса от частоты вращения п и шага

спирали 5

Проведен анализ зависимости неустойчивости высева от шага спирального винта и частоты вращения. Результат представлен на рисунке 9. Параметры устройства: диаметр наружного кожуха <3Н = 28 мм, диаметр внутреннего кожуха с!в = 20 мм, диаметр проволоки спирали с!п = 3 мм. Уравнение регрессии:

Я =4,03-0,335« + 8,5 • 10"3«2-0,245 + 2,7 -Ю^2 +0,015™, (13) где Я - неустойчивость высева семян, %.

Рисунок 9 - Зависимость неустойчивости высева семян проса Я от частоты вращения п и шага спирали 5

Анализ показал, что неустойчивость высева семян в зависимости от шага и частоты вращения спирали изменяется в диапазоне 1% ...6 %. Выявлено, что более равномерный высев достигается при меньших размерах шага и меньшей частоте вращения спирали. Отмечено, что минимальное значения неустойчивости наблюдается при параметрах 5 = 6,8 мм, п = 14 мин"'.

При разработке высевающего аппарата со спирально-винтовым рабочим органом и во время проведения экспериментальных исследований замечено, что процесс высева семян из выходного окна зависит от угла наклона спирального винта к горизонту. Исходя из конструктивных особенностей высевающего устройства, можно предположить, что величина угла наклона оказывает влияние также на устойчивость процесса подачи семян через выходное окно. Во время проведения лабораторных экспериментов это предположение исследовано и подтверждено. В результате проведенных экспериментов по оценке влияния угла наклона спирально-винтового устройства на подачу семян и на устойчивость высева получено уравнения регрессии следующего вида:

2 = 0,064+ 4,93-1СГ3я-2-Ю^'и2 —8,7-Ю-4«-2,9-КГ5а2 +4,7-1СГ5ш?. (14) Исходя из уравнения (18) построены зависимости (параметры устройства: э — 6 мм, с1„ = 30 мм, с1в = 22 мм, с!п = 3 мм), описывающие характер изменения подачи проса @(г/с) от частоты вращения спирали п (мин"1) и угла наклона устройства« (град.), представленные в трехмерном виде (рисунок 10).

Рисунок 10 - Зависимость подачи семян проса <2 от частоты вращения спирали п и угла наклона спирально-винтового устройства а

Из анализа графической зависимости следует, что максимальное значение подачи семян спирально-винтовым высевающим устройством достигается при угле наклона спирального винта к горизонту а менее 15°. При угле наклона а выше 45° технологический процесс высева нарушается вследствие возрастающей неустойчивости подачи семян, движущихся непосредственно по рабочей поверхности спирального винта.

Влияние наиболее значимых факторов на процесс формирования потока семян при высеве семян проса позволило получить математическую модель влияния характеристик спирально-винтового рабочего органа в высевающем аппарате на равномерность распределения семян в рядке. Полученная модель представлена уравнением регрессии:

V = 35,4 -0,91 п + 0,02п2 -0,98.? + 0,029/ + 0,02бот, (15) где V-коэффициентвариации,%.

На основании подстановки соответствующих значений основных факторов в уравнение регрессии получена зависимость (рисунки 11) изменения равномерности распределения семян (коэффициента вариации V) по длине рядка от частоты вращения и шага спирали.

В результате анализа двухмерного изображения (рисунок 12) выявлены оптимальные значения параметров частоты вращения и шага спирали. При частоте вращения п = 15,1 мин"1 и шаге спирали у = 10,3 мм достигается наименьшая неравномерность распределения семян в рядке У= 23,46%.

Рисунок 11- Поверхность отклика

влияния параметров спирально-винтового устройства nus на равномерность распределения семян в рядке V

Рисунок 12-Двухмерное изображение зависимости коэффициента вариации от частоты вращения рабочего органа и шага спирали

Уравнение (15) в кодированных значениях факторов имеет вид:

V = 27,4 + 54,8х, + 2,16х,2 + 4,1х2 + 2,32х22 + 2, Зх,х2. (16) Анализ уравнений (16) показывает, что линейные факторы оказывают равносильное влияние на критерий оптимизации, причем при увеличении их значений критерий оптимизации увеличивается. Среди нелинейных факторов в равной мере имеет влияние, как и квадрат шага спирали, так и квадрат частоты вращения спирали, причем их влияние на критерий оптимизации в два раза меньше, чем линейных.

Оценка уравнений регрессий по критериям Стьюдента и Фишера подтверждает статистическую значимость коэффициентов уравнений и адекватность математической модели. Воспроизводимость результатов измерений проверена с помощью критерия Кохрена.

Для оценки эффективности перемещения семян определение коэффициента осевого отставания к,, и осевой скорости перемещения семенного материала V от частоты вращения спирали п графически отображено на рисунке 13. Сплошной линией показана теоретическая зависимость, а точками - экспериментальные значения. Зависимость осевой скорости перемещения семенного материала от частоты вращения спирали п при различных значениях шага спирали представлена в виде графиков на рисунке 14.

Рисунок /3 -Зависимость коэффициента осевого отставания К от частоты вращения спирали п

201--:-

0е----1

'о я 30 40 11, МПН "

Рисунок 14 - Зависимость осевой скорости перемещения семенного материала vz,c, от частоты вращения спирали п

Применение спирально-винтового рабочего органа для подачи семян в почву позволяет распределить семена с большей равномерностью, чем при использовании серийного катушечного высевающего аппарата. В ходе полевых исследований также вели наблюдения за появлением всходов и дальнейшим развитием растений.

В результате производственных исследований выявлено, что за счет улучшения равномерности высева семян экспериментальным высевающим аппаратом всходы проса появились равномернее и раньше на 2..3 дня (рисунок 15).

Урожайность на опытных делянках определяли по стандартной методике. На основании данных выявлено, что на урожайность значительно влияет фактор равномерности распределения семян в рядке, а именно способ посева. Использование экспериментальной сеялки, оснащённой спирально-винтовым высевающим аппаратом, увеличило урожайность проса на 0,6 и/га по сравнению с катушечным высевающим аппаратом.

а) б)

Рисунок 15 - Всходы проса: а — посеянные серийной сеялкой; б - предлагаемой сеялкой

Результаты, полученные в ходе полевых опытов, подтвердили достоверность теоретических и экспериментальных исследований по повышению качества технологического процесса высева мелкосеменных культур.

В пятой главе «Технико-экономическая эффективность исследований и рекомендации производству» произведён расчёт экономической эффективности экспериментальной сеялки, оснащённой высевающим аппаратом с транспортирующим спирально-винтовым рабочим органом.

При незначительном росте эксплуатационных издержек общий экономический эффект при посеве экспериментальной сеялкой составляет 266,5 руб./га. Потенциальный годовой экономический эффект с годовой загрузкой посевной машины 50 ч составляет 34733,4 руб. при сроке окупаемости 0,43 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана конструкция высевающего аппарата со спирально-винтовым рабочим органом, который обеспечивает равномерный посев мелкосеменных культур в рядке. Новизна конструкции предлагаемого высевающего аппарата подтверждена патентами РФ на полезные модели № 91797 и 131563.

2. Получены аналитические выражения, описывающие процесс перемещения семян спиральным винтом от семенного ящика до семяпровода. Установлена функциональная зависимость линейной и угловой скорости движения зерна вдоль винто-

вой линии спирали, которая показывает установление стационарного процесса перемещения частицы зерна в течении 1.. .2 с. Получены уравнения равновесия частицы при движении по поверхности спирального винта. Приведены теоретические выражения по определению перемещения, скорости и ускорения частицы в аксиальном направлении, при этом осевая скорость перемещения частицы зерна составила 3,4 мм/с при угловой скорости вращения спирали 2 с"'.

3. Выполнены экспериментальные исследования в лабораторных условиях, в процессе которых установлено, что основным конструктивным элементом, существенно влияющим на технологический процесс посева в спирально-винтовом высевающем аппарате, является спиральный винт, причем качество высева зависит от шага спирали, частоты его вращения и диаметра проволоки спирали. Равномерность высева семян проса в рядке составила 23,46 % при частоте вращения 15,1 мин"1 и шаге винтовой линии спирали 10,3 мм.

4. Полевые испытания экспериментальной сеялки, оснащённой спирально-винтовым высевающим аппаратом, подтвердили возможность её использования для посева семян с различными физико-механическими свойствами: проса, козлятника восточного, люцерны. В результате проведённых испытаний установлено что:

— неустойчивость высева семян проса экспериментальной сеялкой со спирально-винтовым высевающим аппаратом соответствовала агротехническим требованиям и не превышала 6 %, а у катушечного высевающего аппарата наблюдались существенные отклонения от них;

— равномерность распределения семян проса в рядке при посеве сеялкой со спирально-винтовым высевающим аппаратом и сеялкой с катушечным высевающим аппаратом соответственно имеет следующие значения коэффициентов вариации: К =55,3 % и V =58,2 %;

— урожайность проса при посеве сеялкой со спирально-винтовым высевающим аппаратом и сеялкой с катушечным высевающим аппаратом составила соответственно 9,7 и 9,1 ц/га.

5. Использование сеялки, оснащённой спирально-винтовым высевающим аппаратом для посева мелкосеменных культур, с годовой загрузкой 50 ч обеспечит годовой экономический эффект 34733,4 руб. при сроке окупаемости 0,43 года.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ

в экурналах, рекомендуемых ВАК

1. Исаев, Ю.М. Обоснование процесса высева мелкосеменных культур спирально-винтовым рабочим органом / Ю.М. Исаев, Н.М. Семашкин, H.H. Назарова // Вестник Ульяновской ГСХА. - 2011. - № 1. - С. 97-100.

2. Исаев, Ю.М. Обеспечение нормы высева мелкосеменных культур спирально-винтовым высевающим аппаратом / В.Г. Артемьев, В.И. Курдюмов, М.В. Воронина, H.H. Назарова // Вестник Ульяновской ГСХА. - 2012. - № 1. -С. 125-128.

3. Исаев, Ю.М. Критическая частота вращения спирального винта при перемещении частицы материала / Ю.М. Исаев, В.Г. Артемьев, Н.М. Семашкин, ВАЗлобин,Н.Н. Назарова // Вестник Ульяновской ГСХА.-2012.-№ 1.-С. 132-135.

4. Исаев, Ю.М. Элементы теории спирально-винтового устройства с переменным шагом / Ю.М. Исаев, Н.М. Семашкин, В.А. Злобин, H.H. Назарова, М.В. Сотников // Вестник Ульяновской ГСХА. - 2013. - № 3. - С. 117-121.

в патентах

5. Патент РФ на полезную модель № 91797. Высевающий аппарат / Ю.М. Исаев, В.Г. Артемьев, М.В. Воронина, H.H. Назарова; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина». - Опубл. 10.03.2010, бюл.№ 7.

6. Патент РФ на полезную модель № 131563. Высевающий аппарат / Ю.М. Исаев, Н.М. Семашкин, H.H. Назарова, А.О. Кошкина; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П:А. Столыпина». - Опубл. 27.08.2013, бюл. „Nü 24.

в материалах международных, всероссийских конференций и других изданиях

7. Исаев, Ю.М. Высевающий аппарат для посева мелкосеменных культур со спирально-винтовым рабочим органом / Ю.М. Исаев, H.H. Назарова // Аграрная наука — сельскому хозяйству: сборник статей: в 3 кн. V Международная научно-практическая конференция (17-18 марта 2010 г.). - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2010. Кн. 2. - С. 507-510.

8. Исаев, Ю.М. Высевающий аппарат для посева мелкосеменных культур со спирально-винтовым рабочим органом / Ю.М. Исаев, H.H. Назарова // Материалы Ш-й Международной научно-практической конференции «Молодежь и наука XXI века». - Ульяновск: ГСХА, 2010. Т.4. - С. 85-87.

9. Исаев, Ю.М. Движение семян по винтовой линии / Ю.М. Исаев, М.В. Воронина, H.H. Назарова // Успехи современного естествознания. - 2010. - № 4 - С 7576.

10. Исаев, Ю.М. Давление спирального винта на частицу материала / Ю.М Исаев, Н.М. Семашкин, В.А. Злобин, H.H. Назарова // Современные наукоёмкие технологии. -2010. -№ 9. - С. 175-176.

11. Исаев, Ю.М. Движение зерна в спирально-винтовом транспортёре / Ю.М. Исаев, М.В. Воронина, В.А. Злобин, H.H. Назарова // Современные наукоёмкие технологии. - 2010. - № 9. - С. 95-96.

12. Исаев, Ю.М. Обоснование некоторых параметров высевающих аппаратов / Ю.М. Исаев, Н.М. Семашкин, H.H. Назарова // Вестник Ульяновской ГСХА,-2010.-№ 1.-С. 123-127.

13. Исаев, Ю.М. Скорость движения сыпучего материала с точки зрения коаксиальных цилиндров / Ю.М. Исаев, Н.М. Семашкин, В.А. Злобин, H.H. Назарова // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2011. -№3.-С. 141-142.

14. Артемьев, В.Г. Технические средства для посева мелкосеменных культур / В.Г. Артемьев, Ю.М. Исаев, М.В. Воронина, H.H. Назарова. - Ульяновск: Ульяновской ГСХА, 2011.-31 с.

15. Семашкин, Н.М. Комбинированное спирально-винтовое устройство / Н.М. Семашкин, В.А. Злобин, H.H. Назарова // Международный журнал приклад-

ных и фундаментальных исследований. - 2011. - № 6. — 77 с.

16. Исаев, Ю.М. Вертикальный высев семян / Ю.М. Исаев, Н.М. Семаш-кин, H.H. Назарова//Успехи современного естествознания.-2011.-№ 5.- С. 115-116.

17. Исаев, Ю.М. Вертикальное перемещение семян по винтовой линии / Ю.М. Исаев, Н.М. Семашкин, H.H. Назарова // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию со дня рождения профессора Кобы В.Г. - ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2011. - С. 76-78.

18. Исаев, Ю.М. Вертикальный высев семян просо при возделывании мелкосеменных культур / Ю.М. Исаев, Н.М. Семашкин, H.H. Назарова // Материалы Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии создания и возделывания сельскохозяйственных растений». — Саратов, 2011. — С. 41-43.

19. Исаев, Ю.М. Движение частицы материала по поверхности спирального винта / Ю.М. Исаев, Н.М. Семашкин, В.А. Злобин, H.H. Назарова // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. -2011. -№ 11.-С. 12-13.

20. Назарова H.H. Вертикальное перемещение семян по поверхности спирального винта // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сборник материалов всероссийской научно-практической конференции. Том II. - Пенза: РИО ПГСХА, 2011. - С. 202-204.

21. Исаев, Ю.М. Высевающее устройство на основе винтовой пары / Ю.М. Исаев, Н.М. Семашкин, О.Г. Евстигнеева, H.H. Назарова // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2012. - № 2. -64 с.

22. Исаев, Ю.М. Условие равновесия материальной точки при горизонтальном перемещении винтовой спиралью / Ю.М. Исаев, Н.М. Семашкин, Е.В. Гришина, H.H. Назарова // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. -2012. - № 4. - С. 93-94.

23. Исаев, Ю.М. Движение зерна по внешней поверхности спирали / Ю.М. Исаев, Н.М. Семашкин, H.H. Назарова // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. -2012. -№ 5. - 97 с.

24. Исаев, Ю.М. Параметры поперечного колебания спирального винта / Ю.М. Исаев, Н.М. Семашкин, О.П. Гришин, А.О. Кошкина, H.H. Назарова // Международный журнал экспериментального образования. -2013. -№ 3. -С. 77-78.

Подписано в печать-^. to. 2013г. Усл. печ. л. 1,0

Формат 60x84^

Бумага типогр. Гарнитура Times New Roman

Тираж - 100 экз. Заказ - № £

432980 г. Ульяновск, б. Новый Венец, д. 1

ФГБОУ ВПО «УЛЬЯНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМ. П.А. СТОЛЫПИНА»

На правах рукописи

04201365061 ^

£

НАЗАРОВА НАТАЛЬЯ НИКОЛАЕВНА

«РАЗРАБОТКА ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА ДЛЯ ПОСЕВА МЕЛКОСЕМЕННЫХ КУЛЬТУР С ОБОСНОВАНИЕМ ЕГО КОНСТРУКТИВНО-РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ»

05.20.01 - технология и средства механизации сельского хозяйства

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

научный руководитель: доктор технических наук, профессор Исаев Ю.М.

УЛЬЯНОВСК-2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 9

1.1 Агротехнические требования и технология посева мелкосеменных культур 9

1-2 Анализ существующих конструкций высевающих аппаратов 15

1.3 Обоснование темы. Цель и задачи исследований 32

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАБОТЫ ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА

2.1 Исследование движения семян по поверхности винтовой ли- ^ нии

2.2 Обоснование основных конструктивно-режимных параметров высевающего аппарата 40

2.2.1 Движение материальной точки по поверхности вертикально расположенного спирального винта 40

2.2.2 Движение материальной точки по поверхности горизонтально расположенного спирального винта 42

2.2.3 Движение материальной точки по поверхности спирального винта в общем случае 44

2.2.4 Предельное значение коэффициента кинематического режима 46

2.3 Теория исследования работы спирально-винтового устройства

с переменным шагом в цилиндрической системе координат 46

2.4 Выводы 55

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Программа экспериментальных исследований 56

3.2 Методика проведения экспериментальных исследований 56

3.2.1 Методика и приборы для определения физико-механических свойств мелкосеменных культур 57

3.2.2 Приборы и установки для исследования конструктивно-режимных параметров спирально-винтового рабочего органа 58

3.2.3 Лабораторные исследования спирально-винтового высевающего устройства 59

3.2.4 Методика исследования конструктивно-режимных параметров экспериментальной установки 65

3.2.5 Методика определения оптимальных конструктивно-режимных параметров рабочего органа высевающего устрой- ^ ства

3.3 Методика обработки результатов экспериментальных исследо- ^ ваний

3.4 Определение нормы высева семян мелкосеменных культур высевающим аппаратом со спирально-винтовым рабочим органом 74

56

3.5 Программа и методика полевых исследований 80

3.6 Выводы. 84

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА ВЫСЕВА СЕМЯН 85

4.1 Лабораторные исследования процесса высева семян спирально-винтовым высевающим аппаратом 85

4.1.1 Результаты исследования высева семян проса, люцерны и козлятника восточного 85

4.1.2 Результаты исследования высева семян просо спирально-винтовым рабочим органом с переменным шагом 89

4.1.3 Результаты исследования высева семян проса под углом наклона спирально-винтового высевающего аппарата к горизон- 90 ту

4.2 Исследования влияния конструктивно-режимных параметров высевающего аппарата на технологический процесс высева 91

4.3 Оценка равномерности распределения семян в рядке 97

4.4 Производственные исследования высевающего аппарата со спирально-винтовым рабочим органом 102

4.5 Выводы 104

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЙ 106

5.1 Расчёт балансовой стоимости экспериментальной сеялки 106

5.2 Прямые эксплуатационные затраты 110

5.3 Годовой экономический эффект от применения сеялки, оснащённой экспериментальным высевающим аппаратом 113 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 116 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 118 ПРИЛОЖЕНИЯ 129

ВВЕДЕНИЕ

Одним из важнейших этапов возделывания мелкосеменных культур в технологиях производства продукции растениеводства является посев семян. Посев должен создать наиболее благоприятные условия для прорастания семян и дальнейшего развития растений, способствовать увеличению полевой всхожести и урожайности высеваемых культур.

Для этого необходимо обеспечить равномерность распределения семян в рядке, которая во многом определяется совершенством высевающих аппаратов, устойчивость подачи и постоянство необходимой нормы высева, а также исключить повреждения семя.

В настоящее время для посева мелкосеменных культур в основном используют зерновые сеялки, снабженные катушечными высевающими аппаратами. Они удовлетворительно выполняют посев зерновых и зернобобовых культур, но не позволяют произвести высев мелких семян (просо, козлятник восточный и др.) с нормой высева в зависимости от культуры от 2 кг/га. Конструктивным недостатком катушечного высевающего аппарата является порционное дозирование, а также травмирование семян. Все это ведёт к снижению полевой всхожести и урожайности.

При вынужденном использовании этих сеялок для посева мелкосеменных культур семена смешивают с различными наполнителями (удобрениями, опилками). Неравномерность общей массы семян, а также возможный контакт с химическими удобрениями негативно влияют на всхожесть семян и качество их распределения в почве.

В связи с вышеизложенным разработка высокоэффективных, простых по конструкции и надежных в эксплуатации высевающих аппаратов на базе спирально-винтовых рабочих органов является одной из главных задач механизации сельскохозяйственного производства.

Работа выполнена в соответствии с планом НИОКР ФГБОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия имени

П.А. Столыпина» на 2011...2015 г.г. по теме: «Разработка ресурсо-, энергосберегающих технологий и средств механизации сельского хозяйства» (государственный регистрационный номер - 01201157951).

Цель работы. Повышение качества высева мелкосеменных культур на основе разработки высевающего аппарата со спирально-винтовым рабочим органом и обоснования его оптимальных конструктивно-режимных параметров.

Объект исследований. Технологический процесс высева мелкосеменных культур высевающим аппаратом с рабочим органом в виде спирального винта.

Предмет исследований. Закономерности влияния конструктивно-режимных параметров рабочего органа высевающего аппарата на качество посева мелкосеменных культур.

Научная новизна:

- аналитические выражения по определению оптимальных конструктивно-режимных параметров работы высевающего аппарата с учетом физико-механических свойств семян;

- математическая модель движения семян по поверхности винтовой линии спирали, отличающаяся тем, что угловая скорость перемещения семян, находится в зависимости от коэффициента трения семян по спирали и её угла наклона винтовой линии;

- аналитические зависимости для определения скорости и ускорения частицы перемещаемого материала, в аксиальном направлении, отличающиеся тем, что движение частицы происходит по криволинейной траектории внутренней поверхности кожуха с переменным шагом спирали.

Новизна технических решений подтверждена патентами РФ на полезные модели № 91797 и 131563.

Теоретическая и практическая ценность работы. Проведенные научные исследования послужили основой для разработки высевающего аппарата со спирально-винтовым рабочим органом. Применение разрабо-

тайного высевающего аппарата для посева мелкосеменных культур позволяет улучшить равномерность высева и повысить урожайность семян проса на 5... 8 % по сравнению с сеялкой, оборудованной катушечными высевающими аппаратами.

Методология и методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием законов теоретической механики и механики сплошной среды. Получены зависимости и математические модели движения семян в высевающем аппарате, перемещаемых спирально-винтовым рабочим органом.

Экспериментальные исследования проведены с использованием методики планирования экспериментов. Полученные результаты обработаны методами математической статистики с помощью программ «MathCad», «Statistica 6.1» и «Excel» для ПЭВМ.

Степень достоверности и апробация работы. Сравнительная оценка теоретических и экспериментальных исследований выполнена по критериям Стьюдента, Фишера и Кохрена. Результаты экспериментальных исследований высевающего аппарата со спирально-винтовым рабочим органом подтверждены в производственных условиях.

Основные результаты исследований опубликованы в открытой печати и доложены на международных научно-практических конференциях в Ульяновской ГСХА им. П.А. Столыпина (г. Ульяновск, 2010 г.), Алтайском ГАУ (г. Барнаул, 2010 г.), Пензенской ГСХА (г. Пенза, 2011 г.), Саратовском ГАУ (г. Саратов, 2011 г.) и на общероссийской научной конференции (г. Москва, РАЕ, 2013 г.).

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

1. Теоретические выражения по определению оптимальных конструктивно-режимных параметров работы высевающего аппарата с учетом физико-механических свойств зерна.

2. Математические модели движения семян по поверхности винтовой линии спирали, аналитические зависимости для определения скорости и ускорения частицы перемещаемого материала.

3. Теоретически и экспериментально обоснованные конструктивно-режимные параметры высевающего аппарата, обеспечивающие требуемую норму высева семян.

4. Оптимальные значения конструктивно-режимных параметров высевающего аппарата, обеспечивающие равномерность высева семян с различными физико-механическими свойствами и результаты их проверки в производственных условиях.

Реализация результатов исследований. Исследования экспериментального высевающего аппарата для посева мелкосеменных культур в производственных условиях подтверждены актом внедрения в ООО «АГРО-ТЕХ» Старомайнского района Ульяновской области.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 22 научных работах, из них 4 в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, получены два патента РФ на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 108 наименования и приложения. Работа изложена на 128 е., содержит 14 таблиц и 47 рисунков.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Агротехнические требования и технология посева мелкосеменных культур

Для нормального развития растениям необходимы определённые условия, поэтому к посеву предъявляются соответствующие агротехнические требования [84, 85]. При соблюдении данных требований растения получают наилучшее обеспечение питательными веществами, воздухом и светом. Для этого высевающие аппараты должны выполнять следующие основные агротехнические требования:

- равномерно подавать семена в сошники;

- высевать одинаковое количество семян на 1 м пути, соблюдая расстояния между семенами независимо от степени заполнения семенного ящика, неровностей поля, варьирования скорости движения посевного агрегата и наклона сеялки;

- обеспечивать непрерывность высева семян;

- сохранять целостность семенного материала;

- быть универсальным и высевать культуры, различающиеся по форме, размерам и состоянию поверхности;

- легко и удобно устанавливать заданную норму высева.

В существующих конструкциях посевных машин, даже наиболее совершенных, вышеуказанные требования выполняются не полностью. Так семена зерновых культур следует размещать в бороздке через 3... 5 см, для чего нужно равномерно высевать 30...50 семян в секунду, однако высевающие аппараты зерновых сеялок дают пульсирующие потоки, что приводит к пропускам и излишкам семян в рядках, а также к нарушению расчетного интервала [90].

Причиной данного недостатка является своеобразность и неоднородность материала, который поступает в сеялку. Высевается семенной материал с различными физико-механическими свойствами. Легко заметить,

что из перечисленных требований второй, третий и четвертый пункты напрямую зависят от конструкции и типа высевающего аппарата. Так, равномерное распределение семян вдоль рядка непосредственно зависит от равномерности подачи, которую создаёт высевающий аппарат.

В настоящее время конструкции высевающих аппаратов обеспечивают удовлетворительную равномерность подачи семян пшеницы, овса, ячменя и других культур, однако, совершенно не могут гарантировать равномерный высев семян таких мелкосеменных культур, как просо, гречиха, что, безусловно, отражается на их урожайности.

К мелкосеменным культурам относятся:

1. Зерновые: просо, сорго, чумиза и др.

2. Технические: горчица, рыжик, рапс, сурепица, анис и др.

3. Кормовые: козлятник восточный, кормовая морковь, люцерна и

др.

4. Овощные: петрушка, томат и др.

5. Нетрадиционные: гулявник, амарант, прутняк и др.

Рассмотрим технологию посева таких мелкосеменных культур, как

просо, люцерну и козлятника восточного с насыпной плотностью семенного материалар = 800...858 кг/м3 [2, 3, 108].

Просо. Зерно мелкое. Масса 1000 семян в пленках 5... 10 г. В Ульяновской области распространен сорт просо - Крупноскорое. Масса 1000 семян этого сорта 6,4...8,5 г. Семенные зерна необходимо выровнять по размеру и отсортировать от мелких, щуплых и недоразвитых семян. Такие семена обеспечивают высокую полевую всхожесть, что влияет на развитие растений и уровень урожайности. Наиболее высокими посевными качествами обладает крупная (диаметром 1,75...2 мм) и тяжеловесная фракция семян [106].

Высев семян проса в непрогр.етую почву приводит к медленному росту растений, при этом часть семян загнивает, снижая их полевую всхожесть. Всходы получаются изреженные и недружные, что повышает угне-

тение их сорняками. Высевают просо при прогревании почвы до температуры 12...15°С на глубине 10 см и при наступлении устойчивой теплой погоды со среднесуточной температурой воздуха 14... 16°С.

Высевают просо обычным сплошным рядовым, узкорядным и широкорядным способами зерновыми сеялками СЗУ-3,6 или С3-3,6. В зонах, подверженных засухе и ветровой эрозии, применяют стерневые сеялки-культиваторы СЗС-2, СЗС-6 и СЗС-12. При применении широкорядного способа посева просо высевают свекловичной сеялкой ССТ-12Б, оборудованной специальным приспособлением СТЯ-23.000. Рядовой и узкорядный посев обеспечивает более дружное и раннее созревание растений, за счёт лучшего распределения семян по площади поля, чем при широкорядном способе. Растения, затеняя почву и угнетая сорняки, полнее используют питательные вещества и влагу. Широкорядный однострочный (с междурядьями 45 см - свекловичной сеялкой) и ленточный двустрочный посев (между лентами 45 см, между строчками в ленте 15 см - овощной сеялкой) применяют на засоренных полях и в засушливых районах. Возможность использования механизированной обработки междурядий при широкорядном посеве является эффективным приёмом борьбы с сорными растениями.

Норма высева семян в засушливом степном ЦентральноЧернозёмном районе при широкорядном способе посева составляет около 2,5 млн. всхожих зерен на 1 га (17... 18 кг/га), а при обычном рядовом и узкорядном достигает 3 млн. (20...22 кг/га). Необходимо увеличить норму высева на 15...25% при поздних поукосных посевах и при неблагоприятных условиях для полевой всхожести.

Получение наиболее высокой всхожести семян проса зависит от их глубины заделки в почву. Оптимальная глубина зависит от множества факторов: почвенных и климатических условий, сроков посева, влажности посевного слоя почвы.

Глубина посева семян проса при наличии влаги в верхнем слое почвы должна составлять 4...5 см, при её отсутствии глубину можно увеличить до 6...8 см, а на легких почвах - даже до 10 см, чтобы положить семена во влажный слой почвы. Наличие эпикотиля позволяет семенам проса выдерживать глубокий посев, несмотря на их мелкосемянность.

Люцерна. Семена мелкие. Масса 1000 семян составляет 1,8...2,5 г. Доля семян имеет твёрдую плохо проницаемую семенную оболочку.

Наиболее распространенными сортами люцерны синей являются: Семиреченская местная, Ташкентская 3192, Ташкентская 721, Хивинская местная; люцерны пестрой: Славянская местная, Зайкевича, Марусинская 81, Полтавская 256; люцерны желтой: Кубанская желтая, Краснокутская, Кинельская.

Семена высевают 1 и 2 класса. После воздушно-теплового обогрева семена скарифицируют, инокулируют люцерновым ризоторфином и обогащают микроэлементами (бор, молибден и др.). При твердокаменности семян более 20 % проводят скарификацию на специальных машинах СКС-1 и СТС-2. Затем семена протравливают 80%-ным ТМТД или витатиура-мом (по 3 кг/т), что предохраняет посевы люцерны от грибных и бактериальных заболеваний.

Люцерна используется на выпас, зелёный корм, травяную муку, сено, силос, сенаж. Некоторые виды используют как декоративные и лекарственные растения.

Посев люцерны зернотравяной сеялкой проводится поперёк рядков покровной культуры. Норма высева составляет 17...20 кг/га (9...9,5 млн. всхожих семян на 1 га). Примерные нормы высева люцерны в засушливых районах составляют 8... 12 кг/га, в увлажненных - 12... 14 кг/га, на орошении - 14... 16 кг/га.

Высевают люцерну следующими с�