автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование процесса высева несыпучих семян кормовых растений травяными сеялками

На правах рукописи

Трухачев Евгений Дмитриевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫСЕВА НЕСЫПУЧИХ СЕМЯН КОРМОВЫХ РАСТЕНИЙ ТРАВЯНЫМИ СЕЯЛКАМИ

(на примере прутняка простертого)

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

2 9 \щп 7015

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар — 2015

005571032

005571032

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

Научный доктор технических наук, профессор

руководитель Малиев Владимир Хамбиевич

Официальные Беспамятнова Наталья Михайловна, доктор техниче-оппоненты: ских наук, профессор

ФГБНУ «Северо-Кавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства», отдел механизации посева, главный научный сотрудник

Вдовкин Сергей Владимирович, кандидат технических наук, доцент

ФГБОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия», кафедра «Механика и инженерная графика», доцент

Ведущая ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский ин-

организация: ститут механизации сельского хозяйства» (г. Москва)

Защита состоится «16» сентября 2015 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 220.038.08 при ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, КубГАУ, корпус факультета энергетики и электрификации ауд. № 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, КубГАУ и на сайте http://kubsau.ru.

Автореферат разослан 21 июля 2015 г. и размещен на официальном сайте ВАК РФ http://vak2.ed.gov.ru и на сайте ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» http://kubsau.ru.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, ^

Курасов Владимир Станиславович ¡/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Площадь пастбищ на юге России, расположенных в степной, полупустынной и пустынной зонах, составляет около 11 ООО тыс. га. Состояние этих кормовых угодий характеризуется выпадением нз травостоя наиболее ценных пастбищных растений. Причинами являются перегрузки их скотом и несоблюдение системы выпаса, а также отсутствие современных способов и машин для их восстановления у сельскохозяйственных товаропроизводителей.

Проблема создавшегося положения заключается в том, что до сих пор не разработаны образцы посевной техники, обеспечивающей устойчивость и равномерность высева несыпучих семян многолетних пастбищных растений, являющихся основой травостоя в засушливых регионах, особенно при широкорядном способе посева.

В связи с этим актуальными научными и практически значимыми задачами являются совершенствование процесса высева несыпучих семян и разработка нового высевающего устройства для его осуществления.

Работа выполнена в соответствии с планом фундаментальных и прикладных исследований Россельхозакадемии по научному обеспечению развития АПК Российской Федерации на 2011-2015 годы по этапу 09.01.02 «Разработать наукоемкие ресурсосберегающие машинные технологии и технические средства возделывания и уборки зерновых, масличных и других культур» и в рамках Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 годы (раздел «Техническая и технологическая модернизация сельского хозяйства»), утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации от 14 июня 2007 г. № 446.

Степень разработанности темы. С целью улучшения показателей высева семян трав серийными травяными сеялками разработаны устройства для ворошения материала внутри бункера и нагнетания его к катушкам. Тем не менее при высеве несыпучих семян, в связи с образованием в бункере сводов, они не обеспечивают непрерывного протекания процесса.

\

Специальные высевающие устройства, разработанные в СССР и современной России, также не обеспечивали устойчивого и равномерного высева несыпучих семян.

Целью исследований является повышение качества высева семян прутняка простертого путем совершенствования способа высева и разработки конструкции высевающей части травяной сеялки. Задачи исследований:

- обосновать способ посева несыпучих семян прутняка простертого, позволяющий повысить производительность и равномерность высева путем принудительного перемещения потоков семян к катушкам и разрушения возникающих в бункере сводов;

- разработать систему принудительной подачи несыпучих семян кормовых растений (прутняка простертого) спиралями, позволяющей повысить качественные показатели высева;

- экспериментальными исследованиями обосновать режимы и параметры разработанной системы принудительной подачи несыпучих семян кормовых растений, снабженной спиралями, повышающей качественные и энергетические показатели процесса высева семян прутняка простертого;

- оценить технико-экономическую эффективность применения предложенного способа посева несыпучих семян и устройства для его выполнения.

Объект исследования - технологический процесс высева семян прутняка простертого.

Предмет исследования - закономерности процессов движения несыпучего семенного материала в бункере и высева при принудительной подаче семян в семенные коробки.

Рабочая гипотеза заключается в предположении о том, что при широкорядном способе посева семенного материала прутняка простертого необходимо подавать его к высевающим катушкам принудительным движением под напором, позволяющим получить потоки из невысеянных семян вдоль бункера для разру-

шения сводов, за счет чего могут быть улучшены качественные показатели работы высевающей системы.

Научная новизна работы:

- закономерности влияния распределения скоростей движения семенного материала в поперечном сечении спиралей на их производительность;

- новый способ высева семян прутняка простертого, обеспечивающий устойчивость и равномерность протекания процесса;

- основные параметры и режимы работы новой высевающей системы;

- закономерности влияния конструктивно-технологических факторов и их взаимодействия на общую неустойчивость высева и неравномерность высева семян прутняка простертого между отдельными аппаратами;

- новизна технико-технологических решений подтверждена патентом на изобретение РФ №2515724.

Теоретическая и практическая значимость работы. Выведены формулы для определения производительностей спиралей в зависимости от их частот вращения и параметров, а также соотношений этих показателей и производительностей высевающих катушек.

Результаты проведенных исследований позволили обосновать новый способ высева несыпучих семян кормовых растений, исключающий возможность образования сводов в бункере, благодаря чему процесс дозирования высеваемого материала всеми аппаратами протекает непрерывно.

Методика исследований базировалась на теории планирования многофакторных экспериментов, компьютерном моделировании процесса высева несыпучего семенного материала и регрессионном анализе. Полученные данные регистрировались современными измерительными средствами, прошедшими государственную поверку.

Результаты экспериментальных исследований обрабатывались на ПЭВМ с использованием пакетов программ Ма^Сас! и (^а^^ка».

На защиту выносятся следующие положения:

- новый способ высева несыпучнх семян и особенности устройства для его осуществления;

- метод аналитического определения производительности спиралей для транспортировки семян с различными физико-механическими свойствами к нагнетателям;

- результаты экспериментальных исследований по установлению влияния различных факторов и их взаимодействия на показатели высева прутняка простертого;

- рациональные конструктивно-технологические параметры некоторых элементов высевающей системы;

- результаты определения показателей энергоёмкости и экономической эффективности предлагаемого высевающего устройства.

Степень достоверности полученных результатов. Степень достоверности результатов исследований подтверждается сравнением данных аналитических расчетов и лабораторных опытов по высеву семян прутняка простертого. Результаты по обоснованию параметров и режимов работы новой высевающей системы переданы в СПК «Колхоз-племзавод имени Апанасенко» Апанасенковского района Ставропольского края с целью модернизации зернотравяных сеялок СЗТ-3,6 и последующего использования их для посева несыпучих и слабосыпучих семян в хозяйстве.

Материалы научно-исследовательской работы используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет».

Апробация работы. Основные положения работы доложены на научно-практических конференциях Ставропольского государственного аграрного университета (2012-2014 гг.) и Международной научно-практической конференции Днепропетровского государственного аграрного университета (г. Днепропетровск, 2013 г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ, из них 5 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Общий объем опубликованных работ составляет 2,9 печатных листа, из них на долю автора приходится 2,1 печатных листа.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 97 наименований и приложений. Диссертация изложена на 154 страницах машинописного текста, включая 28 страниц приложений, содержит 74 рисунка, 33 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель, объект и предмет исследований, изложены научная новизна, практическая значимость работы и положения, выносимые на защиту.

В первой главе дан анализ конструкций высевающих аппаратов и рассмотрены пути их совершенствования применительно к использованию в травяных сеялках.

Совершенствованию и разработке устройств для высева несыпучих и слабосыпучих семенных материалов посвящены работы Т.М. Мусаева, М.И. Ландсма-на, П.А. Хегая, О.С. Марченко, В.Х. Малиева, Л.Э. Попова, М.А. Арсланова, Н.М. Беспамятновой, Ю.А. Семенихиной и других. Анализ этих работ позволил выявить существующие недостатки. Так, современные травяные сеялки не обеспечивают агротехнические требования по устойчивости общего высева и неравномерности высева между отдельными аппаратами. Особенно эти требования не выполняются при широкорядном способе посева несыпучих семян кормовых растений вследствие нерегулярной подачи высеваемого материала к катушкам.

Следовательно, необходимо разработать более эффективный способ высева несыпучих семян кормовых растений и устройство для его осуществления.

На основании результатов анализа и в соответствии с поставленной целью работы, определены следующие задачи исследований:

- обосновать способ посева несыпучих семян прутняка простертого, позволяющий

повысить производительность и равномерность высева путем принудительного перемещения потоков семян к катушкам и разрушения возникающих в бункере сводов;

- разработать систему принудительной подачи несыпучих семян кормовых растений (прутняка простертого) спиралями, позволяющей повысить качественные показатели высева;

- экспериментальными исследованиями обосновать режимы и параметры разработанной системы принудительной подачи несыпучих семян кормовых растений, снабженной спиралями, повышающей качественные и энергетические показатели процесса высева семян прутняка простертого:

- оценить технико-экономическую эффективность применения предложенного способа посева несыпучих семян и устройства для его выполнения.

Во второй главе установлено, что при перемещении несыпучих семян спиралями вследствие высокого коэффициента внутреннего трения составляющие абсолютной скорости движения семенного материала в избыточном слое над высевающей катушкой меняют направления потоков: вертикальная составляющая поднимает часть семян вверх, противоположно высеву, а горизонтальная составляющая перемещает потоки семян к катушке (рисунок 1). Невысеянная часть меняя направление своего первоначального движения разрушает своды, а горизонтальная - принудительно создает напор несыпучих семян в катушку.

спиралями в бункере.

На основании аналитического исследования особенностей перемещения несыпучих семян прутняка простертого предложен способ высева, который заключается в принудительной доставке семян спиралями левой и правой навивки к нагнетателям, подаче высеваемого материала принудительным движением нагнетателя к катушкам и принудительном выбрасывании их в семяпроводы (патент РФ №2515724).

Представлены материалы аналитических исследований движения семенных материалов с разной степенью сыпучести в бункере с линейным распределением скоростей в поперечном сечении желоба, позволившие получить формулы для определения производительности спиралей в зависимости от их режима работы и параметров.

Основываясь на работах Ю.М. Исаева и М.В. Ворониной, где изложены вопросы транспортировки зерновых материалов спиральными рабочими органами, рассмотрены варианты распределения скоростей в поперечном сечении желоба для слабосыпучих и несыпучих семян.

Из схемы движения слабосыпучего материала в бункере при использовании спиралей без приводного вала с линейным распределением скоростей (рисунок 2) видно, что минимальную скорость движения имеют семена, расположенные вокруг продольной оси, а максимальную - те семена, которые непосредственно соприкасаются с витками.

Рисунок 2 - Схема движения высеваемого материала в желобе при использовании спирали без приводного вала

А\У

Б

Р х

Спираль с внешним радиусом г2 и внутренним радиусом Г] вращается с угловой скоростью о) в желобе, внутренний радиус которого равен г.

Согласно распределению скоростей на участке ггг2 о0=сот1, а на участке 0-г, уравнение прямой С£> с координатами С(и0;г,), 0(кь„;0) определяется из уравнения прямой, проходящей через две точки. Так как х=о а у=г, то можно написать:

и-ки0 _ г

о0-ки0 гх ' (1)

где V - скорость движения высеваемого материала; к — коэффициент, учитывающий уменьшение скорости движения материала в поперечном сечении спирали; ип - осевая скорость винтовой поверхности спирали (и0 = I п/60) .

Из уравнения (1) на участке 0-г, определится скорость прямой С£>:

исо = —1>о^~к)+ки0 = — [г(1 -к) + г{к] (2)

П 1

Представленная схема распределения скоростей позволяет рассчитывать производительность спирали, если ее элементарную производительность выразить через бесконечно малую площадь (¡в: сШ = ней.

Здесь площадь й$ рассматривается в виде кольца радиусом г и толщиной с/г, что позволяет после интегрирования по всей площади поперечного сечения по двум участкам спирали получить производительность.

IV, = 27гио(1~к) + 2ки0к \rtir + 2яи0 ]п1г =

Г1 О О г,

2

= у 0 - кУ\ + я^о (к - 1)п2+710 </2 (3)

После преобразований формулы (3) получим

\Ух = Х-хи\(к-\)г? +3,-;] (4)

Когда привод спирали также осуществляется без вала, а семена имеют худшую сыпучесть, чем в предыдущем случае, то скорость оа вдоль продольной оси х может быть равна нулю (рисунок 3).

и

F х

Рисунок 3 - Схема движения семян в желобе для случая, когда v0 по оси х равна нулю, а вал привода отсутствует

Тогда на участке 0-г/ распределение скоростей запишется в виде: — = —, от-ги0

куда оа, =-, а на участке rrr2 скорость и = vn = const.

r\

В этом случае производительность спирали определяется интегрированием по всей площади поперечного сечения на участках от г=0 до г=гу.

1 Г2 ") J

\r2dr + 2яъ>0 \rdr = ^nv/; -г{) =-тпфг; -г,2) (5)

l7TVa 1

'' О

Когда оба конца спирали зафиксированы на валу нагнетателей, устанавливаемом обычно на овощных и травяных сеялках, то схему перемещения несыпучего высеваемого материала в желобе можно представить как на рисунке 4.

G х

Рисунок 4 - Схема перемещения несыпучего семенного материала в желобе спиралью с приводным валом

Здесь г2 - Г|=Г3 - г2. На участке ГрГг уравнение прямой БС с координатами Б (0;г1), С(о0; г2) определится также из уравнения прямой, проходящей через две

о г —г. г -г.

точки: — =-откуда асп = и„-а на участке г2 - г3 скорость о = оа=сот1

и0 г,-г, г2-гх

Производительность, как и в двух первых случаях определится интегрированием по всей площади поперечного сечения спирали от г/ до г=г;\

IV, =

2лг>0

0*2 "Г,)

| (г - г, )гс!г + 2 яг>0 \гс/г =

2ли,,

(Л -1)

( 3 2 \ ( з 2 Л

2 у Г1 Г\

1з 2 М / 1з z /

+ пи,

•о&зг-г1)

(6)

= тги0

(7)

После преобразований получим:

..3

3(г2-г,)

Таким образом, на основе рассмотрения схем перемещения семян с различными физико-механическими свойствами спиралями, получены формулы для определения их производительностей в зависимости от частоты вращения и параметров спиралей. При этом доля семян, перемещаемых активным движением, учитывалась особенностями распределения скоростей только лишь внутри спиралей. Для несыпучих семенных материалов при различных значениях диаметра проволоки, из которой были изготовлены спирали, получены следующие их производительности:

\Уо,4=10,88о0 см3/с; \У,и=8,38и0 см3/с; \У0.2=5,74и„ см3/с, где 10,88; 8,38; 5,74 получены умножением I (шаг) на г2 (квадрат радиуса), см2.

В третьей главе приведены общая и частные методики экспериментальных исследований, изложен перечень оборудования и приборов, используемых в процессе экспериментов.

Представлены методики определения: влажности семян анализатором «Элвиз-2», внутреннего трения семян прутняка простертого специально разработанным прибором, степени сыпучести семян прутняка простертого по методике

П.А. Давыдкина. Экспериментальные исследования проводились на стационарной установке (рисунок 5).

Рисунок 5 • Схема экспериментального высевающего устройства с приводом и измерительными средствами: I • бункер; 2 - высевающие катушки; 3 - вал для привода катушек; 4 - нагнетатели семян; 5 - спирали правой и левой навивки; 6 - вал нагнетателей; 7 - привод вала катушек; 8 - мотор-редуктор; 9 - преобразователь частоты тока; 10 - электрощит; 11 • преобразователь интерфейсов. 12 - монитор; 13 - системный блок; 14 • автоматы выключения; 15 - счетчик импульсов; 16 - индукционный бесконтактный датчик.

В четвертой главе экспериментально определены показатели сыпучести семян прутняка простертого и древесных опилок со сходными данными по гранулометрическому составу. Установлено, что древесные опилки оказались менее сыпучими, чем семена прутняка простертого, так как соответствующие показатели имели значения 0,89 и 0,75. Выбор древесных опилок в качестве альтернативы объясняется возможностью их использования в процессе экспериментов вместо дефицитных семян прутняка.

Опытное значение коэффициента внутреннего трения семян прутняка простертого составило 1,8. Сравнивая полученный показатель с коэффициентом трения прутняка о сталь (0,61 - 0,74), можно сделать вывод о том, что при перемещении такого материала спиралями, не может возникнуть активный слой.

В результате аналитических и поисковых экспериментальных исследований дано обоснование выбора параметров и режимов работы предлагаемой высевающей системы, обеспечивающих нормы высева несыпучих семян в широком диапазоне и влияющих на качественные показатели высева.

Установлено, что спирали, транспортирующие семена к нагнетателям, должны иметь следующие параметры: Д „ = 64 мм - диаметр спиралей; ¿/пр =4 мм -

диаметр проволоки; = 18 мм - шаг крайних спиралей; = 10 - шаг средних

спиралей.

Устойчивое и равномерное протекание процесса высева обеспечивается при следующих режимах работы: - частота вращения катушек п, с"1: 0,133; 0,200; 0,266; 0,333; - соотношение производительностей спиралей и высевающих катушек \УС1/№К =2,2 - 2,8.

При проведении первой серии экспериментальных исследований по высеву семян прутняка простертого высеваемый материал отбирали одновременно со всех трех аппаратов в шестикратной повторности. Время отбора проб - 30 с. Толщина слоя семян в бункере - 0,14 и 0,28 м. Угол крена бункера изменяли в диапазоне: 0; 4; 8 градусов.

Во второй серии экспериментов угол крена бункера а=0°, а толщину слоя семян в бункере последовательно изменяли на 0,14; 0,28 и 0,42 м. Отбор высеянных проб происходил только лишь с правого (крайнего) аппарата.

Опытные данные, характеризующие неравномерность высева между отдельными аппаратами и общую неустойчивость высева, представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Показатели неравномерности высева между отдельными аппаратами и общей неустойчивости высева новым высевающим устройством_

Частота вращения катушек, с'1 Угол крена бункера, град Коэффициенты вариации V, %

левый аппарат средний аппарат правый аппарат

толщина слоя семян в бункере, м

0,14 0,28 0,14 0,28 0,14 0,28

0,133 0 10,53 55,24 10,27 51,22 11,21 47,72

4 3,72 43,29 2,40 43,42 2,64 22,26

8 17,07 40,25 15,79 22,25 9,97 39,80

0,200 0 16,04 35,51 15,65 31,97 10,36 34,24

4 6,18 17,30 7,43 16,45 5,60 12,25

8 19,75 19,51 18,30 23,62 14,56 23,97

0,266 0 6,05 29,52 7,25 19,85 7,82 24,93

4 6,68 13,26 4,01 12,97 4,00 5,57

8 16,38 17,67 5,62 5,74 13,86 25,92

0,333 0 7,56 18,44 9,37 16,56 7,68 47,68

4 3,35 16,60 4,32 19,33 5,08 12,43

8 25,86 57,20 19,37 59,16 25,77 47,15

Анализ данных таблицы 1 показывает, что коэффициенты вариации высева по трем аппаратам имеют незначительные различия. Если даже для сыпучих семян трав допускается неравномерность высева между отдельными аппаратами у=8%, то здесь в 15 случаях из 24-х коэффициенты вариации укладываются в эти пределы, а в 8-ми случаях они соответствуют агротехническим требованиям к высеву несыпучих семян, т.е. в среднем 25%. Однако, при частоте вращения высевающих катушек п=0,133с"' и толщине слоя семян в бункере Ь=0,28 м наблюдалось резкое уменьшение количества высеваемого материала в единицу времени. Поэтому разница между коэффициентами вариации при Ь=0,14 м и 0,28 м оказалась существенной.

Относительно неустойчивости общего высева следует также отметить значительные различия коэффициентов вариации с изменением толщины слоя семян в бункере. В среднем коэффициент вариации высева при Ь=0,14 м не превышает 15 %, что соответствует агротехническим требованиям, а среднее значение такого же показателя для серии опытов при Ь=0,28 м составляет 28,66 %. Кроме того, в отдельных опытах он изменялся в диапазоне 35 -59 %. Несмотря на отмеченные различия в высеве данный технологический процесс во время опытов ни разу не прекращался в отличие от посева семян прутняка серийными травяными сеялками.

Анализ материалов экспериментов показал, что изменение значения Ь в диапазоне 0,14 - 0,28 — 0,42м не оказывает существенного влияния на общую неустойчивость высева, о чем свидетельствует диапазон изменения коэффициентов вариации (у=1,65 - 6,98 %).

При составлении уравнений регрессии параметрами оптимизации соответственно по экспериментам ПФЭ 23 и ПФЭ 22 считали высев семян прутняка простертого за 30 с левым (С?|), средним правым (<3Г) и правым (крайним) (<3К), аппаратами. По обоим планам верхний уровень частоты вращения катушек п=0,266 с"1. Все остальные факторы были такими же, как в таблице 1.

По результатам ПФЭ 23 и ПФЭ 22 получены уравнения регрессии:

0 = 4,199+39,2 п +0,104 а- 25,871И (10)

Qm= 5,457 +39,629 n-0,162 а -34,357 h +1,714 ah (11)

Qr = 4,049 + 39,457 n + 0,152 а - 25,5 h (12)

QK = 1,257 + 38,796 n - 18,980 nh + 3,796 h (13)

Эти уравнения устанавливают зависимость параметров оптимизации Qb Qm, Qr и QK от следующих факторов: частоты вращения катушек п, толщины слоя семян в бункере h, угла крена бункера а и различных сочетаний приведенных факторов. По полученным уравнениям регрессии построены поверхности отклика и их двумерные сечения (рисунки 6,7).

Рисунок 6 - Поверхность отклика и двумерное сечение зависимости производительности левого высевающего аппарата от частоты вращения катушки (я), толщины слоя семян в бункере и угла крена (а) при 11=0,21 м

Рисунок 7 - Поверхность отклика и двумерное сечение зависимости производительности крайнего высевающего аппарата от частоты вращения катушки («) и толщины слоя семян в бункере при а=0"

Из рассмотрения как аналитических зависимостей, так и графических материалов следует, что с увеличением частоты вращения катушек, производительность растет линейно.

Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о том, что степень влияния толщины слоя семян в бункере составляла соответственно по левой, средней и правой катушкам 32,84; 30,64 и 30,73 %. Значительно меньшее влияние на высев оказывает угол крена бункера: 7,53 - 12,61 - 10,49 %. Наименьшее влияние из сочетаний факторов на высев имеют ппа: 1,06 - 3,28 - 0,50 %. Что касается пЬуИ и аЬуИ, то их доля соответственно составляла 7,00 - 1,65 — 3,54 % и 1,81 - 7,65 - 7,18 % (таблица 2).

Таблица 2 - Степень влияния факторов п, И, а и их сочетаний на производительность О,, <5„, и <3г для экспериментов типа ПФЭ 23

Факторы и их сочетания Степень влияния на высев. %

а а а

49,75 44,17 47.56

/г, м 32,84 30,64 30,73

а. град 7.53 12,61 10,49

п ву И 7.00 1.65 3,54

аъу И 1.81 7.65 7,18

п ву а 1,06 3,28 0,50

Заметно отличающиеся результаты получены по эксперименту типа ПФЭ 22. Степень влияния И на высев крайним правым аппаратом при изменении (последовательном) данного фактора в 0,42; 0,28 и 0,14 м составила 0,20 %, а сочетание факторов и а Л, т.е. иву/г имела степень влияния в 7,30 %. Следовательно, основная доля степени влияния на высев приходится на частоту вращения катушки. При этом по всем повторностям высев увеличивается плавно только лишь с увеличением частоты вращения п.

Сравнение результатов экспериментов типа ПФЭ 23 и ПФЭ 22 показывает, что бункер следует разделить на три отсека с целью исключения взаимодействия потоков семян, имеющих противоположные направления движения, приводящего

к снижению эффективности разрушения сводов, следовательно, к общей неустойчивости высева.

При энергетической оценке работы привода высевающего устройства в качестве высеваемого материала использовали опилки хвойного дерева, отличающиеся худшей сыпучестью по сравнению с прутняком простертым.

В пятой главе приведен расчет экономической эффективности сеялки, включающей вместо малообъемных семенных ящиков два бункера общим объемом в 1,3 м3, оснащенных спиралями для транспортирования высеваемого материала под напором к нагнетателям. При годовом объеме работы 605 га в результате снижения затрат труда при посеве годовой экономический эффект равен 4033802 руб., а срок окупаемости денежных средств, вложенных в переоборудование серийной сеялки, составляет 1 год.

Заключение

1. Анализ конструкций современных травяных сеялок, изобретений и патентных материалов свидетельствует о том, что на общую устойчивость и равномерность высева несыпучих семян кормовых растений оказывают влияние не только тип и конструктивные особенности высевающих аппаратов, но и средства непрерывной доставки всеваемого материала в зону их дозирования.

2. Аналитическими исследованиями установлено, что при транспортировке несыпучих семян прутняка простертого спиралями в бункере ссялки вследствие высокого коэффициента внутреннего трения составляющие абсолютной скорости перемещения семян в вертикальной плоскости выше, а в горизонтальной - значительно ниже, чем у зерновых материалов.

3. В случае транспортировки несыпучих семян спиралями вокруг них нет активного слоя по двум причинам. Во-первых, коэффициенты внутреннего трения высеваемого материала в два раза превосходят коэффициенты трения этих материалов о сталь, т.е. /=1,8 >/,=0,69. Во-вторых, наружный радиус спирали практически равен внутреннему радиусу желоба, где вращается спираль.

При перемещении несыпучего материала спиралями, имеющими небольшие диаметры, внутри них активный слой возникает в связи с импульсами со стороны витков и гравитации.

4. В результате аналитических и поисковых экспериментальных исследований получены уравнения для определения производительности спиралей, транспортирующих несыпучие семена к нагнетателям при широкорядном способе посева. Предложен новый способ высева (патент № 2515724 РФ), заключающийся в том, чтобы соотношения производительностей спиралей (Wcn) и катушек (WK) находились в диапазоне Wcn / WK = 2,2 - 2,80, обеспечивающий возникновение потоков из невысеянных семян вдоль бункера для разрушения сводов и улучшения качественных показателей работы высевающей системы.

Разработано устройство для выполнения предложенного способа высева, содержащее бункер, вал со спиралями правой и левой навивки, нагнетатели, расположенные по бокам и в средней части бункера над катушками.

5. На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований выбраны следующие параметры и режимы работы спиральных транспортирующих органов, обеспечивающих качественное функционирование технологического процесса высева несыпучих семян:

- диаметр спиралей Д „ = 64 мм;

- диаметр проволоки dnv = 4 мм;

- шаг крайних спиралей t'* = 18.uu;

- шаг средних спиралей г'Ц = 10 мм;

- частота вращения катушек пк, с '; 0,133; 0,200; 0,266; 0,333.

6. Многофакторными экспериментальными исследованиями процесса высева семян прутняка простертого разработанным устройством установлено, что коэффициенты вариации высева по всем трем аппаратам имеют незначительные различия, т.е. они не выходят за пределы агротехнических требований к этому показателю, равному 25 %, а неустойчивость общего высева с изменением толщины слоя семян в бункере в отдельных опытах составляла 35 - 59 %;

- материалы экспериментов, где высев осуществлялся одним крайним аппаратом, свидетельствуют о том, что изменение толщины слоя семян в бункере не оказало значительного влияния на общую устойчивость высева, так как диапазон изменения коэффициентов вариации довольно узок (у =1,65 - 6,98 %);

- сравнительный анализ материалов экспериментов типа ПФЭ 23 и ПФЭ 22 показал, что взаимодействие потоков семян, имеющих противоположные направления движения, приводит к снижению эффективности разрушения сводов, поэтому бункер следует разделить на три отсека.

7. По результатам проведенных экспериментальных исследований составлены уравнения регрессии, устанавливающие зависимость производительности катушек от частоты их вращения, толщины слоя семян в бункере и угла крена бункера, а также построены поверхности отклика и двумерные их сечения, свидетельствующими о том, что во всех экспериментах, исключая частоту вращения катушек, наибольшее влияние на высев оказывает толщина слоя семян в бункере, доля которой составляет более 30 %. Это обстоятельство указывает на направление дальнейшего совершенствования предлагаемого высевающего устройства.

8. Потребная на привод мощность на принятых режимах работы с увеличением толщины слоя материала в бункере с 0,14 м и до 0,42 м растет в диапазоне 11,5-38,5 Вт.

9. Расчет экономической эффективности применения сеялки с модернизированной высевающей системой показал, что при годовом объеме работы 605 га в результате снижения затрат труда годовой экономический эффект составляет 4033802 руб., а срок окупаемости денежных средств составляет 1 год.

Рекомендации производству

Разработанное высевающее устройство может быть использовано конструкторскими организациями при создании сеялки для посева и подсева несыпучих семян кормовых растений на полупустынных и степных пастбищах. Предложенные в работе конструктивные параметры высевающей системы позволяют также в условиях хозяйств переоборудовать серийную сеялку СЗТ-3,6 для посева несыпу-

чих семян кормовых растений.

Перспективы дальнейшей разработки темы

В дальнейшем следует провести поиск и соответствующие исследования, позволяющие добиться более устойчивого высева несыпучих семенных материалов.

Основные положения диссертации опубликованы:

- в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Трухачев, Е. Д. Особенности движения несыпучего семенного материала в бункере сеялки при использовании спиралей в качестве транспортирующих средств и их производительности / Е.Д. Трухачев, В.Х. Малиев // Известия Горского ГАУ. - Владикавказ, 2012,- Т. 49, ч. 4. - С. 221-227.

2. Трухачев, Е. Д. Обоснование режима работы и конструктивных параметров высевающей части сеялки для посева несыпучих семян кормовых растений / Е.Д. Трухачев, В.Х. Малиев // Вестник АПК Ставрополья, 2013. - № 2(10). -С. 127-131.

3. Трухачев, Е. Д. Влияние частоты вращения катушек, толщины слоя семян в бункере и его поперечного крена на высев семян прутняка простертого / Е.Д. Трухачев, Е.В. Кулаев, В.Х. Малиев // Вестник АПК Ставрополья, 2013. - №4 (12).-С. 90-95.

4. Трухачев, Е. Д. Зависимость высева несыпучих семян от частоты вращения катушки и толщины слоя высеваемого материала в бункере / Е.Д. Трухачев, М.В. Данилов, В.Х. Малиев // Вестник АПК Ставрополья, 2013. - № 4(12). - С. 8589.

5. Трухачев, Е.Д. Энергетическая оценка привода устройства для высева несыпучих и слабосыпучих семян кормовых растений / Е.Д. Трухачев, В.Х. Малиев // Вестник АПК Ставрополья, 2013. - № 4(12). - С. 96-98.

- в других изданиях:

6. Трухачев, Е.Д. Аналитическое определение производительности спиралей, транспортирующих несыпучие семена к нагнетателям в травяных сеял-ках/Е.Д. Трухачев, В.Х. Малиев // Материалы международной научно-практической конференции Днепропетровского государственного аграрного университета о состоянии и перспективах развития овцеводства в Украине. - Днепропетровск, 2013. - С. 158-165.

7. Трухачев, Е.Д. Режимы работы и некоторые конструктивные параметры травяной сеялки для высева несыпучих семян / Е.Д. Трухачев, В.Х. Малиев // Материалы международной научно-практической конференции Днепропетровского государственного аграрного университета о состоянии и перспективах развития овцеводства в Украине. - Днепропетровск, 2013. - С. 166-171.

- патенты на изобретения:

8. Пат. 2515724 Российская Федерация, А01С 7/16, А01С 15/18. Устройство для высева несыпучпх семян кормовых растений и способ высева, осуществляемый с помощью данного устройства / Трухачев Е.Д., Малиев В.Х., Кисюк В.А -№ 2012154651/13; заявл. 17.12.2012; опубл. 20.05.2014; Бюл. № 14. - 8 с.

Подписано в печать 13.07.2015. Формат 60x84 '/ц. Гарннтура «Тайме». Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,3. Тираж 120. Заказ №230.

Отпечатано в типографии издательско-полиграфического комплекса СтГАУ «АГРУС», г. Ставрополь, ул. Пушкина, 15.