автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование посева сои с разработкой комбинированного дискового сошника сеялки

На правах рукописи

005015616

Селин Алексей Владимирович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПОСЕВА СОИ С РАЗРАБОТКОЙ КОМБИНИРОВАННОГО ДИСКОВОГО СОШНИКА СЕЯЖИ

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

12 кдр тг

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Благовещенск - 2012

005015616

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный аграрный университет»

Научный руководитель кандидат технических наук

Сюмак Анатолий Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Самуйло Виктор Вацлавович кандидат технических наук Дегтярев Дмитрий Анатольевич

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Приморская государ-

ственная сельскохозяйственная академия»

Защита состоится 22 марта 2012 года в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 220.027.01 при ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный аграрный университет», 675005, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, корп. 12, ауд. 82, тел/факс 8(4162)-49-10-44.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный аграрный университет»

Автореферат размещен на сайтах: ДальГАУ и ВАК Минобрнауки РФ

Автореферат разослан 10 февраля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета (шШ^г Якименко А.В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Возделывание сои является одним из приоритетных направлений развития АПК Дальневосточного региона России. Проблема увеличения производства сои особенно остро стоит перед Амурской областью, поскольку эта культура одна из главных источников развития сельского хозяйства.

Уровень механизации возделывания сои сравнительно высок, однако, выпускаемые посевные машины не предназначены для посева сои и поэтому не в состоянии осуществить ее высев в строгом соответствии с современными требованиями. Это приводит к излишнему расходу семян, ухудшению качества посева и, как следствие, снижению урожайности.

Основная задача работы - на основе анализа существующих способов посева и посевных машин совершенствовать процесс равномерного распределения семян по глубине заделки и по образуемой полосе при посеве сои и разработать комбинированный рабочий орган для его осуществления.

Научно-исследовательские работы проводились по темам НИР ФГОУ ВПО ДальГАУ тема 11 «Перспективная система технологий и машин для сельскохозяйственного производства Дальнего Востока России» и ГНУ ДальНИИМЭСХ Россельхозакадемии шифр 09.01.02.03 «Разработать элементы технологий зональной технолога - технической системы биологического земледелия в соево - зерновом севообороте с полем питательного субстрата».

Цель исследования - повышение урожайности сои путем совершенствования конструкции сошников сеялок обеспечивающих равномерное распределение семян по ширине и глубине при посеве.

Рабочая гипотеза. Заключается в том, что равномерное распределение семян по полосе с одновременным вдавливанием их во влажное твёрдое ложе, и закрыванием мульчирующим слоем почвы, позволит повысить урожайность за счёт создания благоприятных условий для роста и развития растений сои.

Объект исследования - процесс распределения семян при посеве сои.

Предмет исследования - закономерности распределения семян в зависимости от конструктивных и технологических параметров сошника.

Методы исследования. Общая методика исследований предусматривает разработку теоретических предпосылок, их экспериментальную, проверку в лабораторных и полевых условиях, и экономическую оценку результатов исследований.

Расчеты и обработка результатов экспериментов выполнены с использованием методов математической статистики и программ Microsoft Excel, Mat Cad, MatLab, SigmaPlot.

Научная новизна:

- получены аналитические зависимости равномерного распределения семян по площади засеваемой полосы, в зависимости от эксплуатационно-конструктивных параметров сеялки;

- теоретически обоснованы технологические и конструктивные параметры комбинированного дискового сошника;

- научно - техническая новизна конструкции однодискового комбинированного сошника подтверждена патентом РФ на изобретение №2381642.

Практическую ценность представляют:

- конструктивно-технологическая схема комбинированного дискового сошника, обеспечивающего качественное выполнение посева сои в соответствие с исходными требованиями.

-применение сеялок с комбинированными дисковыми сошниками обеспечивающих качественное выполнение технологического процесса на посеве сои за счёт совмещения четырёх операций за один проход по полю создающих оптимальные условия для развития культурных растений направленных на повышение урожайности.

Реализация результатов исследований. Производственная проверка результатов исследований проведена на полях КФХ «Жуковина СЛ.» Ивановского района с использованием машины многофункциональной универ-

сальной (ММУ-3,6) оборудованной экспериментальными рабочими органами.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях в ДальГАУ (Благовещенск 2008, 2009, 2010гг.), ДальНИИМЭСХ (Благовещенск, 2008, 2009,2010гг.), ВНИИ сои (Благовещенск, 2008г.), ДальНИИСХ (Хабаровск, 2009г.), на Международной научно-практической конференции в ВНИПТиН (Тамбов, 2009г.), ВИМ (Москва, 2011г.) на Региональных конференциях «Молодёжь XXI века - шаг в будущее» (ДальГАУ 2008г., АГМА 2009г., АмГУ 2010г., МАП 2011). Выигран государственный грант по проекту «Ступени в будущее Российской науки» (ГОФ «Согласие» 2010г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе рекомендованных ВАК - 3; патент на изобретение -1.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 156 страницах; она состоит из введения, пяти глав, общих выводов и предложений производству, содержит 14 таблиц, 59 рисунков и 6 приложений. При написании диссертации использован 150 литературный источник, из которых 7 на иностранном языке.

Содержание работы

Введение. Обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель исследований, выбраны направления исследований.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» изложены общие сведения о народнохозяйственном значении сои, особенности при-родно - климатических условий Амурской области и агротехнические требования, предъявляемые к посеву сои. Проанализированы существующие способы посева сои. Приведён обзор конструкций сеялок и сошников используемых при посеве сои. Предложена конструкция разработанного комбинированного дискового сошника.

Природно-климатические условия Амурской области наиболее благоприятны для выращивания сои. Агротехническим вопросам посева посвяще-

ны работы многих учёных Дальнего Востока, таких как В.В. Бурлака, А.Г. Воложенин, Г.Т. Казьмин, В.Ф. Кузин, В.А. Тильба, П.В. Тихончук. Большой вклад в изучение вопросов технического обеспечения технологий возделывания сельскохозяйственных культур внесли И.В. Бумбар, А.Т. Волков, М.Г. Гершевич, Е.П. Камчадалов, Б.И. Кашпура, С.П. Присяжная, В.И. Свешников, В.Т. Синеговская, A.B. Сюмак, Ю.В. Терентьев, и другие учёные.

Анализ результатов исследований показывает, что из используемых на посеве сои сеялок, в полной мере не отвечает ни одна агротехническим требованиям. Необходимо провести научные и экспериментальные исследования, направленные на разработку новой конструкции сошников и сеялок, позволяющих обеспечить равномерное распределение семян по глубине и ширине полосы и выполнять агротехнические требования.

Рассмотренные конструкции сошников сеялок позволили выявить основные направления по совершенствованию конструкций сошников, обеспечивающих равномерное распределение семян по глубине и ширине полосы.

Исходя из приведённого анализа и в соответствии с поставленной целью работы были поставлены следующие задачи:

- провести анализ существующих посевных машин и рабочих органов, выявить их недостатки;

- теоретически обосновать конструктивные и технологические параметры комбинированного дискового сошника для полосного посева сои;

- изготовить и провести лабораторно - полевые исследования комбинированного дискового сошника при посеве сои;

- дать экономическую оценку использования сошников на посеве сои.

Во второй главе «Теоретические исследования» рассматривается равномерность заделки семян, зависящая от характера бороздообразования и осыпания почвы при работе сошника.

Проанализировав силы, действующие на сошник с острым и тупым углом вхождения в почву (рис. 1), получили оптимальные пределы варьирования величины вхождения сошника в почву

^ + ср>а>^-ср (1)

Рис. 1. Схема действия сил на анкерные сошники а) с острым углом вхождения в почву; б) с тупым углом вхождения в почву.

Пределы изменения угла а будут 121° > а >59°. Данный расчёт показывает, что для стабильного движения сошника по глубине, необходимо использовать сошник с прямым передним углом.

Ширина полосы после прохода сошника (рис. 2) определится с помощью формулы

Рис. 2. Схема к определению образованию борозды однодисковым сошником

b = 2V(Dd - h)h x tan¡3, (2)

где b-ширина образуемой полосы, м ;Dd - диаметр диска, м; h - глубина хода сошника, м; taд Д - угол раствора диска.

Предлагаемый комбинированный однодисковый сошник имеет прикатывающий каток. В соответствии с выполняемым технологическим процессом катка, основными его параметрами является ширина и диаметр. Ширину в виду конструктивных особенностей принимаем равной 0,1 м. Диаметр катка определяем по формулам (рис 3,4).

Рис. 3. Схема сил действующих Рис.4. Схема взаимодействия при -на обод катка катывающего катка и комка

Процесс перекатывания будет осуществляться в том случае, если момент сопротивления при качение меньше, чем момент сопротивления при скольжение то есть

«1хГ1 + М„<й1/г1> (3)

где Яр нормальная реакция на ободе, Н; Я|Х - тяговое сопротивление на ободе катка, Н; /- коэффициент трения почвы о каток; Мп- момент сопротивления в подшипнике, Н/м.

Момент сопротивления в подшипнике равен

Л4=/Пх^х<?, (4)

где (^-нагрузка на подшипник; ё-диаметр внутреннего кольца подшипника; /„-приведённый коэффициент трения в подшипнике.

Так как <3=111, то условие (3) после преобразования запишется

я

я

хг1+^</хг1, (5)

где К = /вх|.

Для определения значений реакции Яи предложено следующее соотношение

= (6) где Я|Х - горизонтальная реакция, Н; Ьгширина обода катка, м; q - коэффициент объёмного смятия, Н/м3; Ь0- глубина погружения катка в почву, м.

После преобразований получим

^ - / ' ^

где 2гг — диаметр катка, м.

При средних значений коэффициентов трения и радиуса комка гк-0,05м согласно выражению (7) минимальный диаметр прикатывающего катка составит 0,29 м.

Для определения высоты установки распределителя над полосой в зависимости от скорости сеялки и размера семян сои выявлены зависимости (рис. 5) при которых расстояние между семенами вдоль рядка будет составлять 4...5 см.

Определим расстояние Ь от распределителя до земли

ь Га/»V 1 аи [ §(А<)2

I А / ) 2 я 2 8 > (8)

где Ь- расстояние от распределителя до земли, м;

- расстояние между семенами в трубопроводе, м; $ ~ 9,81-ускорение свободного падения, м/сек2; А1 - изменение скорости, сек.

Условный лнамегр сои. м

мс

е в в * ;.1г

■ - г= 3,0 а с «?*—• V= 3,3 * с 5,6 >,с с :

ч-= 3.5

Рис. 5. График зависимости равномерности распределения семян по полосе от высоты установки распределителя над землёй

Проанализировав зависимости, представленные на рисунке 5 можно сделать вывод, что распределение семян сои по полосе зависит как от высоты расположения распределяющего устройства над полосой, от скорости движения посевного агрегата и размера семян сои.

Для определения расстояния между распределителем семян и прикатывающим катком при котором семена сои при сходе с распределителя будут фиксироваться с почвенным ложем до того как прикатывающий каток вдавит

их, рассмотрим движение семени на каждом участке распределителя (рис. 6) и при выходе с него.

Рис. 6. Схема участков распределителя

Определив скорость и время движения семени на каждом участке, в конечном итоге определим скорость выхода семян из распределителя

U5 = ^2gAcos9 ^ ^

где U5 - скорость выхода семени из распределителя; g =9,8 м/с2 -ускорение свободного падения; А = li.5 длина всех участков, м; cos9 - угол между распределителем и землёй.

Время падения tk запишется

t = — \S

д/сos3 &х А + h¡¡ - Veos3 9 х А ]

(10)

где Л0 - растояние от земли до распределителя, м.

Следовательно подставив данные в уравнение (10) получим, что семена сои будут лететь от распределителя до земли 0,037 с. Так как сеялка проводит сев на различных скоростях от 2,7 до 3,8 м/с, то берём наибольшую ско-

рость 3,8 м/с, и наименьшее расстояние от распределителя до прикатывающего катка равно 0,15 метров.

Для определения расстояния от анкера до прикатывающего катка рассмотрим рисунок 7.

Уравнение траектории частицы запишется

у = , + xtaq а, (11)

7 ■ .21*! cos а

Зная высоту h определим время и точку падения частицы земли на дно борозды.

В точке падения у = h, тогда

х = d = ^211 2 sjn2 а + 2gh - vB sin a). (12)

где d -расстояние на которое частица почвы падает, при скатывание со стенок холмика борозды, м; UB - скорость падения частицы, м/с; sin а -угол падения частицы, g = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения; h - высота стенок борозды, м. Время падения t

t = ^ (у sinZ а + - vB sin aj. (13)

Подставляя значения в выражения (12) получим, что расстояние от стенок борозды на которое частицы почвы будут падать при скатывании с холмиков равно Х=0,02 м. Отсюда следует, что семена сои из-за конструкции распределителя, у которого крайние желобки высевают их около стенок борозды , будут присыпаться осыпаемой почвой, после чего их придавит прикатывающий каток, вследствие чего семена высеянные в центре полосы и около стенок борозды будут заделываться не на одинаковую глубину. Что бы избежать присыпание боковых семян почвой до прикатывания, с помощью выражения (13) определи время осыпания почвы равное 1-0,1 с, и определим расстояние от анкера до прикатывающего катка, которое позволит катку прикатывать семена сои до осыпания почвы, тем самым обеспечивать равномерную заделку семян по ширине полосы. С учетом того что сеялка работает на скоростях от 2,7-3,8 м/с, возьмем наименьшую скорость. Если сеялка за 1 е., проходит расстояние 2,7 м, то за 0,1с., сеялка проедет расстояние равное 0,3м, таким образом наибольшее расстояние между анкером и прикатывающим катком, которое обеспечит прикатывание семян до тех пор пока их не присыплет почвой равно 0,3метра.

В третьей главе «Программа - методика экспериментальных исследований» изложена программа экспериментальных исследований, методика обработки экспериментальных данных, показана последовательность реализации поставленных задач, изложены методики проведения экспериментальных исследований, рассмотрены материалы и оборудование для проведения лабораторно - полевых исследований.

В четвёртой главе «Результаты лабораторно-полевых исследований» экспериментально подтверждены теоретические предпосылки, представлены результаты по выбору типа распределителя.

После подсчёта количества'семян сои по секторам данные систематизировались, просчитывались вариационные показатели и строились графики (рис. 9).

Порядковые номера желобков ванночки , шт. —О"» Распределитель-а Распределитель- б

-■■•■ Распределитель-в --Ж" Распределитель-г

Рис. 9 График равномерности распределения семян по полосе в зависимости от конструкции распределителя.

Проанализировав зависимости, представленные на рисунке 9, а также вариационные показатели равномерности распределения семян сои по секторам в зависимости от конструкции распределителя (таб. 1) можно сделатг вывод, что из всех рассматриваемых распределителей, наиболее равномерно распределяет семена сои по полосе распределитель конструкции - (а), поэтому для дальнейших исследований будет применяться этот распределитель.

Таблица 1

Вариационные показатели равномерности распределения семян сои по сек-

торам в зависимости от конструкции распределителя.

Вид распределителя Распределение семян сои по секторам, шт.

Пер Б2 Б V 5хСр ЭХсрУо

а-распределитель 10,5 6,28 2,51 15,23 0,79 3,26

б-распределитель 9 38,0 6,16 41,09 1,95 21,66

в- распределитель 10,5 18,61 4,31 32,64 1,36 4,9

г- распределитель 10,5 47,61 6,9 48,47 2,18 20,78

При Эхср %- не более 5%.

Так же отрабатывались следующие параметры: - оптимальная ширина полосы образуемая комбинированным дисковым сошником; равномерность

заделки семян сои по глубине; равномерность распределения семян сои по образуемой полосе.

Влажность почвы в горизонте 0-5 см составляла 26%, а в горизонте 510см - 24%, твердость почвы в горизонтах соответственно 2,5 и 3,8 Н/см2.

Скорость'экспериментальной установки с комбинированным сошником изменялась от 2,7 до 3,8 м/с.

Ширина полосы после прохода комбинированного сошника составила 10,7см ± 0,1см, при коэффициенте вариации 3,8%.

Глубина заделки семян при установленной 5 см составляла 5,1±0,04 см. при коэффициенте вариации 3,49%.

Увеличение скорости экспериментальной установки с 2,7 м/с до 3,8 м/с выраженного влияния на ширину образуемой полосы и глубину заделки семян не имеет. Таким образом, можно сделать вывод, что данный комбинированный дисковый сошник позволит производить посев сои на более высоких скоростях (3,3-3,8 м/с) не нарушая технологических параметров по сравнению с серийными сошниками, производящими посев на скорости до 2,7 м/с.

Для определения оптимальных конструктивно-технологических параметров, влияющих на распределение семян, использовалась методика многофакторного эксперимента. Коэффициенты полинома определялись с использованием ортогонального центрально-композиционного плана второго порядка. Значимость коэффициентов регрессии проверялась по критерию Стьюдента, адекватность полученных уравнений - по критерию Фишера.

Для определения распределения семян по полосе исследовались три фактора: скорость сеялки V= (2,7 м/с; 3,3 м/с; 3,8 м/с); условный диаметр семян сои d = (0,004 м; 0,005 м; 0,006 м); высота установки распределителя h = (0,014 м; 0,022 м; 0,031 м).

Раскодированное уравнение регрессии для распределения семян по полосе S[ % имеет вид

Si=337,23+18746,25dx657,5xvxh+179,2xv+3156xh-164375xdxh-24>96xv2-052500xd2

Адекватность модели проверялась по критерию Фишера.

В нашем случае, при 95%-ном уровне значимости Б = 19,4, расчетное значение критерия Фишера составило V = 12,4. Таким образом, полученное уравнение регрессии адекватно описывает процесс в пределах исследуемой области. После получения уравнений построены поверхности откликов (рис. 12,13,14) для - распределение семян в %.

Рис. 12. Поверхность отклика Б =_Д4/г) Рис. 13. Поверхность отклика

Рис. 14. Поверхность отклика 8=Ду, ф

Поиск оптимальных значений параметров проводился в программе «Ма&аЬ» с использованием алгоритма «Ь1рзо1».

В результате обработки экспериментальных данных определены оптимальные установочные параметры, влияющие на распределение семян. Ско-

рость сеялки V = 3,3 м/с;условный диаметр сои с! = 0,0055 м; высота установки распределителя над землёй Ъ. = 0,03 м.

Полевые исследования сеялки с комплектом экспериментальных рабочих органов проводились КФХ «Жуковина С.А.» Ивановского района Амурской области, для проверки и подтверждения правильности лабораторных исследований и теоретических рассуждений.

Проведя исследования по определению глубины и ширины полосы выяснилось, что контрольный сошник высевал семена строкой (шириной 0,01...0,015м), глубина посева при этом в среднем по годам составила (4,9±0,3)х 10'2м при □ =0,15x10" м и У= 26,6%. Экспериментальный комбинированный дисковый сошник, на полосном способе, высевал семена на глубину (5,0±0,3)х10"2м при 2=0,08*Ю"2м и У=9,3%, ширина полосы при этом составила (10,7±0,3)х 10"2м при []=0,31х10"2ми К=14,5%.

Средняя урожайность сои по способам посева в среднем за период 2008...2010 годы представлена в таблице 2.

Таблица 2

Биологическая урожайность по способам посева сои

Способы посева сои Годы закладки опытов

2008 2009 2010 Среднее значение

урожайность, т/га

Широкорядный посев сои с междурядий 0,45 м машиной ММУ-3,6 с серийными двухдисковыми сошниками 1,68 2,32 2,35 2,12

Полосный способ посева сои комбинированным дисковым сошником, 2,15 3,06 2,85 2,68

Как видно из таблицы 2 урожайность сои посеянной комбинированным дисковым сошником на 0,56 т. больше чем у серийных двухдисковых сошников. Это объясняется тем, что при полосном способе посева семена сои распределяются более равномерно по сравнению с широкорядным способом посева.

Биологическая урожайность сои в производственных условиях в 2010 году составила у серийных сошников 2,02 т/га, экспериментальных сошников 2,65 т/га.

В производственных условиях на посеве сои сеялкой, с комбинированными дисковыми сошниками в сравнении с посевами серийной сеялкой СЗ-3,6 получена урожайность сои больше на 0,63 тонны. Это говорит о том, что комбинированный дисковый сошник создает твердое ровное ложе и равномерно по глубине заделки и по площади посева распределяет семена, после чего вдавливает их во влажную почву и закрывает мульчирующим слоем, тем самым значительно улучшая условия роста и развития по сравнению с рядовым посевом (двухдисковым сошником).

В пятой главе «Экономическая эффективность результатов исследования» приведены показатели экономической эффективности внедрения комбинированных дисковых сошников. Годовой прирост прибыли или чистый доход составил 357,4 руб/т и 3789,4 руб/га. Уровень рентабельности составил 19%, срок окупаемости 0,8 года.

ВЫВОДЫ

1. Используемые посевные машины и сошники не в полной мере отвечают агротехническим требованиям по глубине заделки семян и размещению по площади питания, тем самым нуждаясь в совершенствовании.

2. На основании теоретических и экспериментальных исследований определили диаметр прикатывающего катка, Э > 0,29м. Обоснованы конструктивные параметры комбинированного дискового сошника: расстояние от распределителя до катка должно быть минимум 0,15м, а расстояние от анкера до катка 0,3м. Получены закономерности, оптимальные параметры распределения семян сои по полосе (V = 3,3 м/с; с! = 0,0055 м; Ь. = 0,03 м), и по образованию полосы в зависимости от угла атаки диска (у = 3,3 м/с; а = 9°; Ь = 0,05 м).

3. Посев сои экспериментальными сошниками в сравнении с двухдисковыми, при одинаковом типе навески, позволяет: образовывать твёрдое ровное ложе, равномерно распределять семена сои по площади, вдавливать их во влажную почву прикрывая мульчирующим слоем, снизить коэффициент вариации по глубине заделки семян на 17,3%; высевать семена полосой (10,7±0,4)х10'2м, при V=14,52%, что обеспечивает более благоприятные условия для роста и развития растений. В конечном итоге это повышает урожайность сои на 26,5%.

4. Годовой экономический эффект от применения машины многофункциональной универсальной (ММУ-3,6 с комбинированными дисковыми сошниками) на посеве сои полосным способом в сравнении с посевом широкорядным способом (ММУ-3,6) серийными сошниками составил 357,9 руб/т или 3789,4 руб/га.

Публикации по теме диссертации Работы, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, включенных в перечень ВАК Минобрнауки РФ

1. Сюмак, A.B. Результаты освоения ресурсосберегающей технологии и технических средств в хозяйствах Амурской области / A.B. Сюмак, В.В. Русаков, В.А. Мунгалов, A.B. Селин, A.A. Цыбань // Техника в сельском хозяйстве. - 2010. - №6. С.11-13.

2. Сюмак, A.B. Техника нового поколения для снижения негативного действия на зерновые весенней засухи в Амурской области / A.B. Сюмак, В.В. Русаков, В.А. Мунгалов, A.B. Селин, A.A. Цыбань // Сельскохозяйственные машины и технологии. - 2011. - №1. С.22-25.

3. Селин, A.B. Комбинированный дисковый сошник для посева сои / A.B. Селин, A.B. Сюмак // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2011. - №10. - С. 7-8.

Список работ опубликованных в других изданиях

4. Мунгалов, В.А. Результаты хозяйственных испытаний машины мно-

нефункциональной универсальной (ММУ-3,6) на посеве сои широкополосным способом / В.А. Мунгалов, A.B. Селин, A.B. Сюмак // Актуальные направления исследований учёных в Дальневосточном регионе: сб. науч. тр./РАСХН. ДРНЦ. ГНУ ДВНИИСХ. - Хабаровск: КГУП «Хабаровская краевая типография», 2009. - С.230-235.

5. Селин, A.B. Анализ рабочих органов для посева сои / A.B. Селин, В.А Мунгалов, A.B. Сюмак // Механизация и электрификация технологических процессов в сельскохозяйственном производстве: сб. науч. тр. ДальГАУ. -Благовещенск: ДальГАУ, 2009. - Вып.16. С.116-119.

6. Селин, A.B. Анализ хозяйственных исследовании экспериментального сошника для полосного посева сои в сравнении с серийными сошниками / A.B. Селин, A.B. Мунгалов, A.B. Сюмак // Современное состояние и перспективы развития комплексной механизации производства и переработки сельскохозяйственной продукции АПК Дальнего Востока России: сб. науч. тр. - Благовещенск: ГНУ ДальНИПТЙМЭСХ Россельхозакадемии, 2009. С. 135-140.

7. Селин, A.B. Агротехнические показатели работы сошников на посеве сои / A.B. Селин, В.А Мунгалов, A.B. Сюмак, A.A. Цыбань // Молодёжь XXI века: шаг в будущее - материалы Х-ой региональной межвузовской научно-практической конференции, посвященной году молодёжи в Российской Федерации. - Благовещенск. Из-воПоли-М, 2009,-Книга 1. С. 206-207.

8. Селин, A.B. Обоснование комбинированного рабочего органа для полосного посева сои/ A.B. Селин, В.А. Мунгалов, A.B. Сюмак// Исследования молодых учёных - основа развития АПК Дальнего Востока: сб. науч. трудов // РАСХН, Дальневосточный НМЦ, ВНИИ сои. - Благовещенск: 2009. -С. 193-197.

9. Селин, A.B. Эффективность применения однодисково-анкерных и лаповых сошников на посеве сои / A.B. Селин, В.А. Мунгалов, A.A. Цыбань, A.B. Сюмак, В.В. Русаков // Повышение эффективности использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукции - Новые техноло-

гии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства: сб. науч. докл. XV междунар. науч.-практ. конф. /РАСХН; ГНУ ВНИПТиН. -Тамбов: Изд-во Першина Р.В., 2009. - С.61-64.

10. Селин, A.B. К теории вопроса заделки семян сои по глубине одно-дисково - анкерным сошником / A.B. Селин // Механизация и электрификация технологических процессов в сельскохозяйственном производстве: сб. науч. тр. ДальГАУ. - Благовещенск: Изд-во ДальГАУ, 2009. - Вып.16. -С.52-57.

П.Сюмак, A.B. Производственная проверка ресурсосберегающей технолого - технической системы производства экологически чистой сельскохозяйственной продукции в зерно - соевом севообороте мелкотоварного производства / A.B. Сюмак, В.В. Русаков, В.А. Мунгалов, A.B. Селин, A.A. Цыбань // Дальневосточный аграрный вестник. - Благовещенск: Изд-во ДальГАУ, 2009. - Вып.3(11). - С.57-61.

12. Мунгалов, В.А. Результаты исследований машины многофункциональной универсальной (ММУ-3,6) с комплектом перспективных рабочих органов для посева зерновых и сои различными способами / A.B. Селин, А.А Цыбань, A.B. Сюмак // Молодёжь XXI века: шаг в будущее. Матер. XI регион. Науч.-практ. Конф., посвященной 65 годовщине Победы в Великой Отечественной войне: в 4-х ч. - Благовещенск: Изд-во АмГУ, 2010.-Ч.З.-315 с. - С.276-277.

13. Селин, A.B. Теоретические расчёты по определению высоты установки распределителя / В.А. Мунгалов, A.A. Цыбань, A.B. Сюмак // Молодёжь XXI века: шаг в будущее. Матер. XI регион. Науч.- практ. конф., посвященной 65 годовщине Победы в Великой Отечественной войне: в 4-х ч. -Благовещенск: Изд-во АмГУ, 2010.-4.3.-315 с. - С.286-287.

14. Сюмак, A.B. Результаты освоения региональной ресурсосберегающей технологии и технических средств нового поколения при возделывании экологически чистой продукции зерновых и сои в трёхпольном севообороте в КФХ «Жуковина» Ивановского района / A.B. Сюмак, В.В. Русаков,

B.А. Мунгалов, A.B. Селин, A.A. Цыбань // Технологии и средства механизации производства и переработки сельскохозяйственной продукции АПК Дальнего востока: сб. науч. тр. - Благовещенск: Изд-во ДальГАУ, 2010. -

C.50-56.

15. Селин, A.B. Обоснование высоты крепления распределителя на образование полосы семян и равномерности их распределения в зависимости от скорости посевного агрегата и диаметра семян сои / A.B. Селин, A.B. Сюмак// Деп. рук. № 7 ВС - 2011 Деп. - ЦииТЭИ - Агропром ВНИИ-ЭСХРАСХН, 2011.

16. Селин, A.B. Зависимость распределения семян сои по ширине образуемой полосы от скорости посевного агрегата, диаметра семян сои и высоты установки распределителя / A.B. Селин, А.В Сюмак // Молодёжь XXI века: шаг в будущее, матер. XXI - й регион, науч.-практ. конф.: в 8-х ч. - Благовещенск: 2011.-Т. 7. -С.77-78.

Патент РФ на изобретение

17. Пат. 2381624 РФ, МПК 7 А01С7/20 Комбинированный дисковый сошник / Селин A.B., Мунгалов В.А., Сюмак A.B.-; заявитель и патентообладатель ГНУ ДальНИИМЭСХ Россельхозакадемии. - № 2008130477; заявл. 22.07.2008; опубл. 20.02.2010, Бюл, №5.

Селин Алексей Владимирович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПОСЕВА СОИ С РАЗРАБОТКОЙ КОМБИНИРОВАННОГО ДИСКОВОГО СОШНИКА СЕЯЛКИ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Лицензия ЛР 020427 от 25.04.1997 г. Подписано к печати 03.02.2012 г. Формат 60x90/16. Уч.-изд.л. - 1,0. Усл.-п.л. - 1,5. Тираж 100 экз. Заказ 19.

Отпечатано в отделе оперативной полиграфии издательства ДальГАУ 675005, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86

61 12-5/18ии

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Селин Алексей Владимирович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПОСЕВА СОИ С РАЗРАБОТКОЙ КОМБИНИРОВАННОГО ДИСКОВОГО СОШНИКА СЕЯЛКИ

Специальность: 05.20.01 - технологии и средства механизации

сельского хозяйства

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: Сюмак Анатолий Васильевич, кандидат технических наук

Благовещенск 2012

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 5

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 8

1.1 Развитие производства сои в Амурской области 8

1.2 Особенности природно-климатических условий Амурской области 13

1.3 Почвы Амурской области 16

1.4 Агрономическая наука о площади питания сельскохозяйственных культур 18

1.5 Способы посева и агротехнические требования предъявляемые

к посеву сои 21

1.6 Анализ работы посевных машин и рабочих органов

применяемых на посеве 30

1.7 Комбинированный дисковый сошник сеялки 46

1.8 Выводы и задачи исследований 48

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 50

2.1 Взаимодействие сошников с почвой 50

2.2 Определение основных параметров катка комбинированного однодискового сошника 54

2.3 Обоснование влияния высоты крепления распределителя на образование полосы семян и равномерность их распределения в зависимости от скорости посевного агрегата и диаметра семян сои 58

2.4 Обоснование расстояния установки распределителя семян относительно прикатывающего катка 63

2.5 Обоснование расстояние от анкера до прикатывающего катка 73

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 79

3.1 Методика лабораторных исследований комбинированного дискового сошника для полосного посева сои 79

3.2 Методика выбора конструкции распределителя 81

3.3 Методика проведения исследований на почвенном канале по определению образуемой ширины полосы и глубины заделки семян 81

3.4 Методика проведения многофакторного эксперимента по оптимизации параметров комбинированного сошника влияющих на

распределение семян 84

3.5 Методика лабораторно-полевых исследований опытного образца машины с экспериментальными комбинированными рабочими органами на посеве сои 88

3.6 Выбор и характеристика участка 90

3.7 Характеристика высеваемого материала 90

3.8 Полевая регулировка и настройка машин 90

3.9 Определение нормы высева семян 91

3.10 Определение глубины заделки семян 91

3.11 Определение гребнистости поверхности поля после прохода посевного агрегата 92

3.12 Агротехническая оценка качества работы 92

3.13 Наблюдения в опыте 93

3.14 Методика определения урожайности 95

3.15 Методика обработки экспериментальных данных 95

3.16 Методика производственной проверки машины многофункциональной универсальной (ММУ-3,6) оборудованной комплектом комбинированных дисковых сошников на посеве сои 98

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНО - ПОЛЕВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 100

4.1 Выбор конструкции распределителя 100

4.2 Результаты исследований на почвенном канале по определению образуемой ширины полосы, глубины заделки и распределению

семян сои 102

4.3 Результаты многофакторного эксперимента по определению оптимальных параметров скорости сеялки, размера сои, и высоты

установки распределителя над землёю влияющих на распределение

семян по полосе 106

4.4 Результаты многофакторного эксперимента по определению оптимальных параметров влияющих на образование полосы 113

4.5 Результаты полевых исследований машины многофункциональной универсальной с комплектом экспериментальных рабочих

органов 118

4.6 Гребнистость поля после прохода посевного агрегата 120

4.7 Результаты производственной проверки машины многофункциональной универсальной (ММУ-3,6) оборудованной комплектом комбинированных дисковых сошников на посеве сои 121

5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЯ 123

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 128

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 13 0

ПРИЛОЖЕНИЯ 143

ВВЕДЕНИЕ

Возделывание сои является одним из приоритетных направлений развития АПК Дальневосточного региона России. Проблема увеличения производства сои особенно остро стоит перед Амурской областью, поскольку эта культура одна из главных источников развития здесь сельского хозяйства.

Амурская область - главный поставщик товарной сои. Здесь сосредоточено около 60% всех её посевов в стране. С соей связывают решение острейшей аграрной проблемы - увеличение производства белка [106].

Уровень механизации возделывания сои сравнительно высок, однако, выпускаемые посевные машины не предназначены для посева сои и поэтому не в состоянии осуществить ее высев в строгом соответствии с современными требованиями. Это приводит к излишнему расходу семян, ухудшению качества посева и, как следствие, снижению урожайности. Вопрос о разработке конструкции новых сошников отвечающим требованиям на посеве сои, является актуальным.

Одно из направлений повышения урожайности сои - это совершенствование процесса ее посева, обеспечивающего равномерное распределение семян по глубине заделки и по площади образуемой полосы.

В настоящее время в производственных условиях самыми распространенными (до 95% посевных площадей) являются рядовый способ посева сои с междурядьем 15 см и широкорядный с междурядьем 45 см, осуществляемые зерновыми сеялками с двухдисковыми сошниками.

Основная задача данной работы - на основе анализа существующих способов посева и посевных машин совершенствовать процесс равномерного распределения семян по глубине заделки и по образуемой полосе при посеве сои и разработать комбинированный рабочий орган для его осуществления.

Научно - исследовательские работы проводились по темам НИР ФГОУ ВПО ДальГАУ тема 11 «Перспективная система технологий и машин для сельскохозяйственного производства Дальнего Востока России» и ГНУ

ДальНИИМЭСХ Россельхозакадемии шифр 09.01.02.03 «Разработать элементы технологий зональной технолога - технической системы биологического земледелия в соево - зерновом севообороте с полем питательного субстрата».

Цель работы - повышение урожайности сои путем совершенствования конструкции сошников сеялок обеспечивающих равномерное распределение семян по ширине и глубине при посеве.

Методы исследования. Общая методика исследований предусматривает разработку теоретических предпосылок, их экспериментальную проверку в лабораторных и полевых условиях, и экономическую оценку результатов исследований.

Расчеты и обработка результатов экспериментов выполнены с использованием методов математической статистики и программ Microsoft Excel, Mat Cad, MatLab, SigmaPlot.

Предмет исследования - закономерности распределения семян в зависимости от конструктивных и технологических параметров сошника.

Объект исследования - процесс распределения семян при посеве сои.

Научная новизна:

- получены аналитические зависимости равномерного распределения семян по глубине и по площади засеваемой полосы, в зависимости от эксплуатационно - конструктивных параметров сеялки.

- дано теоретическое обоснование, определены технологические и конструктивные параметры комбинированного дискового сошника.

- Новизна конструкции комбинированного дискового сошника подтверждена патентом РФ на изобретение №2381642;

Практическую ценность представляют:

- конструктивно - технологическая схема комбинированного дискового сошника, обеспечивающего качественное выполнение посева сои в соответствие с исходными требованиями.

- применение сеялок с такими сошниками обеспечивает качественное выполнение технологического процесса на посеве сои за счёт совмещения четырёх операций за один проход по полю создающих оптимальные условия (особенно в засушливые периоды) для развития культурных растений направленных на получение программируемых урожаев сои при наименьших затратах труда и материальных средств.

Реализация результатов исследований. Производственная проверка результатов исследований в течение трёх лет проведена на полях КФХ «Жу-ковина С.А.» Ивановского района с использованием ММУ - 3,6 оборудованной экспериментальными рабочими органами.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях в ДальГАУ (Благовещенск, 2008, 2009, 2010гг.), ДальНИИМЭСХ (Благовещенск, 2008, 2009,2010гг.), ВНИИ сои (Благовещенск, 2008г.), ДальНИИСХ (Хабаровск, 2009г.), на Международной научно-практической конференции в ВНИПТиН (Тамбов, 2009г.), ВИМ (Москва, 2011г.) на Региональных конференциях «Молодёжь XXI века - шаг в будущее» (ДальГАУ 2008г., АГМА 2009г., АМ-ГУ 2010г., МАП 2011). Выигран государственный грант по проекту «Ступени в будущее Российской науки» (ГОФ «Согласие» 2010г.) [прил. 2]

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе рекомендованных в ВАК 3; патент на изобретение 1.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 156 страницах; состоит из введения, пяти глав и общих выводов, содержит 14 таблиц, 59 рисунков и 6 приложений. При написании диссертации использовано 150 литературных источников, из которых 7 на иностранном языке.

1 СОСТОЯНИЕ ВРПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1 Развитие производства сои в Амурской области

Амурская область по занимаемым площадям под сою является крупным сельскохозяйственным регионом. В последние 4 года отмечается увеличение посевов сои, [122] после многолетних уменьшений посевных площадей. Площадь посевов фирменной амурской культуры в 2010 году достигло 500 тысяч гектаров (рис. 1.1), что на 250 тысяч га больше чем в 2000-2005 году, и на 100 тысяч га больше чем в 2009 году, а в 2011 году посевные площади под сою достигли 570 тыс.га.

605

580

555

530

505

л 480 -

о 455 -

из н 430 -

405

ч: ГВ 380 -

355 -

£ 330 -

ш 305

л I 280 -

ш ш 255 -

о о 230

С 205

180 -

155 -

130

• 2011:560

201Юуб00

2006; 310.1

2002; 254,4

2004; 254.4 2001; 254,4 20СЗ: 254.4 2005; 254,4

2007; 313,9

у 2009; 403,5 *^2008!; 359,8:

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

Период, г.

Рис. 1.1 Динамика посевных площадей сои в Амурской области

За годы аграрной реформы на селе сложилась многоукладная экономика. В сельском хозяйстве области сформировались три основные категории сельскохозяйственных товаропроизводителей: сельскохозяйственные предприятия, крестьянские (фермерские) хозяйства, личные подсобные хозяйства граждан. На долю сельскохозяйственных предприятий приходится 78,7 % производства сои, 21,3 % - на долю фермерских хозяйств.

Основные показатели производства сои в Амурской области за последние годы представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Производство сои в Амурской области

Годы Посевная площадь Тыс. га. Урожайность ц/га Валовой сбор Тыс. тонн

1990 424,2 11,0 468,6

1991-1995 368,8 8,1 294,7

1996-2000 227,7 7,4 167,7

2001-2005 254,4 7,8 199,2

2006 310,1 7,7 239,7

2007 313,9 7,8 245,6

2008 359,8 8,5 304,9

2009 403,5 11,1 445,0

2010 500 13,2 660

2011 560 15 840

За анализируемый период (2006 - 2010 гг.) отмечается устойчивая тенденция роста посевных площадей под сою. Так, если в Амурской области в 2006 году рассматриваемый показатель составлял 310,1 га то в 2010г. соей занято уже 500 тысяч га.

Показатель урожайности сои на Дальнем Востоке в 2010 году составил 13,2 ц/га, таблица 1.1. Однако это не смотря на то, что в настоящее время очень сильно развита культура земледелия и сельскохозяйственная техника, по сравнению с 20 - 30 - ми годами 20 века когда на посеве сои и зерновых использовались конные и ручные сеялки, а ведь уже в то время урожайность сои составляла 8-13 ц/га (рис. 1.2).

В среднем за 2006 - 2010 годы валовое производство сои в области со-

ставило 600 тыс. тонн, а урожайность 9,5 ц/га. В отдельные благоприятные годы отмечается значительное (более 30 %) увеличение объемов валового производства этой высокомасличной культуры.

16

О ■...................................... ................................

1927 1928 1929 1930 1931 1932 1933 1934 ■

Годы

Рис. 1.2 Урожайность сои по годам (1928 - 1933) в Амурской области

Вместе с тем область располагает резервами для расширения посевных площадей, так как более 300 тыс. га пашни не используется по причине низкой технической обеспеченности хозяйств. Программой развития сельского хозяйства Амурской области планируется увеличение посевных площадей отведенных для сои. В последние годы производственные затраты на возделывание этой культуры увеличились многократно, но и в этих условиях производство сои в области прибыльно, ее рентабельность составляет около 25%, соя востребована на рынке. За счет ее удается покрывать убытки других отраслей сельского хозяйства.

В последнее время обострилась проблема полноценного питания населения из-за дефицита белка. В ее решении большое значение имеет соя. Велика ее роль и в производстве масла.

Соя является одной из важнейших белково-масличных культур, она со-

держит в зерне 18-24% жиров, 38-55% белков, а также свыше 30% углеводов. Причем необходимо отметить наиболее высокую усвояемость белков и жиров растительного происхождения, в сравнении с белками и жирами животного происхождения [90].

Отличительной чертой сои можно отметить её универсальность применения. Соя широко используется во многих отраслях современной промышленности [7,129,91]: пищевой, фармацевтической, химической, а также для приготовления различных кормосмесей для животноводства и др. [108].

Производство соевого масла занимает второе место после производства подсолнечного, в России. Соевое масло отличается превосходным качеством и полной усвояемостью организмом.

Во многих странах (США, Япония, Канада, Дания, Корея и др.) продукты переработки соевых бобов широко известны как основа лечебно-профилактического питания. Исследования, проведенные в лаборатории оценки пищевых белков Института Питания Российской Академии медицинских наук, установили, что соевый белок является легкоусвояемым, питательным, также является эффективным средством профилактики сердечных, раковых, почечных и других заболеваний.

Соевые бобы применяются для получения пищевого маргарина, растительного сала, для выработки соевой муки с последующим использованием ее для производства хлебобулочных изделий, а также в кондитерской промышленности. Наряду с использованием сои в пищевой, медицинской про-мышленностях, соя применяется в следующих отраслях народного хозяйства: типографской - для получения красок, в текстильной - для получения некоторых видов тканей, в химической - для изготовления пластмасс, глицерина; в резиновой - для получения каучуковых изделий, клея [37].

На сегодняшний день известно уже более тысячи наименований продуктов переработки сои и это количество продолжает увеличиваться.

Соя - как сырье является сравнительно дешевым, легко транспорта-

бельным и не скоропортящимся продуктом. Сомнительно, что еще какой-нибудь продукт на Земле был полезнее, чем соя. Это недорогой и эффективный источник белка и масла с неограниченными возможностями. Кроме своей роли в питании человека, соя прекрасная кормовая культура, позволяющая получить наивысший сбор белка с единицы площади, и обеспечивающая производство дешевых и высокопитательных кормов. Наиболее эффективна интенсивная система кормления в молочном скотоводстве, яичном и бройлером птицеводстве, выращивании молодняка КРС, овец, свиней, при котором важным является насыщение рациона протеинами, как источника строительного материала живой материи. Качество кормов для сельскохозяйственных животных, следовательно, оценивается по содержанию перевариваемого протеина и каротина.

На производство единицы животноводческой продукции требуется затратить определенное количество перевариваемого протеина, поэтому, чем богаче корма протеином, тем ниже их расход на 1 центнер продукции и наоборот. При кормлении молочного скота по рационам, не сбалансированным по содержанию белка, перерасход кормов достигает 30 - 35 %, а себестоимость молока повышается на 22 - 28 %. При откорме свиней недостаток белка приводит к перерасходу кормов на 40 - 50 %, к тому же белковое голодание повышает заболеваемость животных, что также снижает их продуктивность.

Ценной кормовой культурой является соя, которую используют в качестве кормов в животноводстве: в виде шрота, жмыха, соевого кормового молока, травяной муки, соломы соевой, которая по качеству не уступает луговому сену и содержит до 4 % белка, также в кормлении используется зеленая масса соевых растений. Наиболее ценными кормовыми качествами обладает вегетативная часть растений сои, в которой перевариваемого протеина на абсолютно сухое вещество значительно выше, чем у других кормовых культур.

Вопросам использования сои для продовольственных, промышленных,

медицинских и кормовых целей посвящено много отечественной и зарубежной литературы.

Дальневосточный селекционер В.А. Золотницкий [52] писал о достоинствах сои: что ни одно растение в мире не может произвести за 100 дней столько жира и белка, сколько дает соя, ни одно растение в мире не может соперничать с ней по количеству вырабатываемых продуктов.

По утверждению А.Г. Новака, [52] один гектар посевов сои с успехом способен �