автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование процесса высева сои катушечным высевающим аппаратом

На правах рукописи

Илюхина Татьяна Алексеевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫСЕВА СОИ КАТУШЕЧНЫМ ВЫСЕВАЮЩИМ АППАРАТОМ

Специальность: 05.20.01 -Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный аграрный университет (ДальГАУ)» на кафедре «Транспортно-энергетические средства и механизация агропромышленного комплекса»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Присяжная Серафима Павловна,

Официальные оппоненты: Алдошин Николай Васильевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный аграрный университет им. В.П.Горячкина»

Селин Алексей Владимирович,

кандидат технических наук, ГНУ ДальНИИМЭСХ Россельхозакадемии, / заведующий отделом инженерного обеспечения

Ведущая организация

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Приморская государственная сельскохозяйственная академия» (ФГБОУ ВПО Приморская ГСХА)

Защита состоится «20» мая 2014 г. В 13-00 часов на заседании диссертационного совета Д. 220.027.01 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный аграрный университет» (ДальГАУ) по адресу: 675005, Амурская обл., г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, ауд. 82. Телефон/факс. 8-(4162)-44-65-44

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО ДальГАУ, www.dalgau.ru

Автореферат разослан « марта 2014г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета университета, а копии отзывов присылать по электронной почте: avsata@mail.ru

Ученый секретарь *

диссертационного совета (шШ^ Якименко Андрей Владимирович

Общая характеристика работы Актуальность темы. Посев является одним из ответственных агротехнических мероприятий при возделывании сои. От качественного и своевременного его проведения зависит величина урожая сои. Современная агротехника предъявляет высокие требования к посевным машинам. Они должны обеспечивать равномерное распределение семян по длине ряда, их заделка должна осуществляться на оптимальную, одинаковую глубину, высевающий аппарат не должен травмировать семена.

Существующие посевные комплексы и зерновые сеялки оснащённые катушечными высевающими аппаратами не обеспечивают равномерное распределение семян по длине ряда и допускают дробление. При посеве они дают пульсирующие потоки, в результате в рядках при расположении растений сои встречается как загущенность, так и пропуски, значительно превышающие допустимый по агротехническим требованиям интервал, что приводит к недобору урожая, засоренности посевных площадей сорняками и к повышенной норме высева компенсирующей дробление.

Равномерное распределение семян сои в рядке, удовлетворяющее агротехническим требованиям, не только уменьшает расход посевного материала, но и обеспечивает прибавку урожая за счет обеспечения лучшего воздухообмена, освещенности, водного и пищевого режима растений. Поэтому задача равномерного распределения семян по площади питания приобретает первостепенное значение в получении высокой урожайности сои.

В связи с этим разработка конструкции высевающего аппарата и обоснование режимов его работы, обеспечивающего повышение качества посева и урожайности культуры представляет важную научную задачу и имеет большое значение для сельскохозяйственного производства.

Цель исследования. Совершенствование процесса посева сои путём разработки конструкции катушечного высевающего аппарата, обеспечивающего равномерную раскладку семян в рядке и обоснование его основных конструктивных параметров и режимов работы.

Объект исследования. Технологический процесс равномерного высева семян сои катушечным высевающим аппаратом с угловым расположением желобков.

Предмет исследования. Выявление и обоснование оптимальных параметров и режимов работы высевающего аппарата, обеспечивающих равномерность высева семян сои и распределение по длине рядка, снижение повреждения семян.

Методы исследования. Использованы аналитический и экспериментальный методы, на основе которых были получены теоретические положения с выводами расчётных формул для определения оптимальных параметров работы высевающего аппарата. Экспериментальный метод применялся при разработке методик проведения лабораторно - полевых исследований и обработке результатов. Обработка результатов исследований проводилась на персональном компьютере с использованием программы Microsoft Office Excel, APPOLO.

Достоверность результатов. Достоверность теоретических и экспериментальных исследований обеспечивается удовлетворительным согласованием пределов зон доверительного интервала, и подтверждёнными положительными результатами лабораторных и полевых испытаний.

Научная новизна. Заключается в получении математической зависимости величины расстояния между семенами при повороте катушки, как функции ряда переменных величин угла расположения желобка и скорости вращения высевающей катушки. Проведбнные теоретические и экспериментальные исследования позволили установить оптимальные конструктивно-технологические параметры и режимы работы высевающего аппарата с угловым расположением желобков, позволяющего обеспечить оптимальный интервал при высеве и увеличить равномерность распределения сои в рядке при наименьшем повреждении.

На защиту выносятся. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, направленные на увеличение урожайности сои за счёт ргвно-

мерного распределения семян в рядке и повышение эффективности технологического процесса посева, за счёт совершенствования конструкции высевающего аппарата сеялки.

Практическая значимость работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований получили практическую реализацию в совершенствовании технологического процесса посева семян сои, катушечным высевающим аппаратом с угловым расположением желобков.

Новизна конструктивного решения катушечного высевающего аппарата подтверждена патентом на изобретение № 2490854 от 27.08.2013г.

Посев катушечным высевающим аппаратом с угловым расположением желобков обеспечивает повышение равномерности всходов на 85% на расстоянии заданным агротребованиями, снижения дробления семян на 1,5%, повышение урожайности на 15%.

Внедрение. Конструкция экспериментального высевающего аппарата внедрена в технологический процесс посева сои в КФХ «Нилов Н. Г.», КФХ «ШАНС». Результаты научной разработки используются в учебном процессе на кафедре «Транспортно - энергетические средства и механизация агропромышленного комплекса» ФГБОУ ВПО ДапьГАУ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно - практических конференциях ДальГАУ (2010-2013гг), международной конференции ГНУ ДальНИИМЭСХ (20112013), международной научно-практической конференции «Наука и образование в XXI веке» г.Тамбов (2013 г).

Публикации. По результатам выполненной работы опубликовано 12 печатных работ, в том числе описание к патенту на изобретение.

Структура и объём работы

Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Диссертация изложения на 144 страницах машинописного текста, основной текст сопровождается 20 таблицами, 61 рисунками и 96

формулами. Список литературы содержит 182 наименования, из них 6 на иностранных языках.

Содержание работы Во введении изложена актуальность темы исследования, показана ее новизна, практическая значимость работы, основные положения, вынесенные на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследований» показано, что, соя является ведущей культурой, определяющей специализацию земледелия Амурской области, где природно — климатические условия благоприятны для выращивания сои. Для стабилизации наращивания производства сои необходимо осуществление комплекса мероприятий, к которым необходимо отнести все технологические операции, в том числе и посев сои на основе улучшения технического и технологического обеспечения.

Приведены результаты обзора конструкций высевающих аппаратов для посева сои. Созданию теоретических основ функционирования посевных машин и высевающих аппаратов посвящены труды: В. П. Горячкина, Л. Е. Агеева, Н. В. Алдошина, В. Ф. Семёнова, В. И. Беляева и др. Агротехническим вопросам возделывания сои посвящены работы: В. Ф. Кузина, В. Т. Си-неговской, П. В. Тихончука, И. Ф. Беликова, Т. П. Рязанцевой, Л. К. Малыш и других. Большой вклад в изучение технических вопросов производства сои внесли: И. В. Бумбар, Ю.В. Терентьев, Б. И. Кашпура,. В. И. Свешников, А. В. Сюмак, С. П. Присяжная, С. В. Щитов, Н. Ф. Конченко, и другие учёные.

Однако, как показал анализ, существующие конструкции высевающих аппаратов не позволяют проводить рядовой и широкорядный посев с точно заданным интервалом при высеве и процентом повреждения семян сои на уровне агротехнических требований.

В результате проведённого анализа и поставленной цели работы, совершенствование процесса посева сои путём изыскания рационального для развития растений расположения семян в почве и разработка устройства для

его осуществления на основе анализа существующих способов посева и посевных машин, были определены задачи исследования:

1. Разработать конструкцию высевающего аппарата и теоретически обосновать основные конструктивные параметры и режимы работы высевающего аппарата

2. Исследовать в лабораторных условиях влияние конструктивных параметров высевающего аппарата на качественные показатели его работы.

3. Провести толевые испытания предлагаемого высевающего аппарата, получить урожайные данные, дать технико-экономическую и энергетическую оценку результатов исследований.

Во второй главе «Теоретические исследования» рассмотрены условия перемещения семян катушечным высевающим аппаратом с угловым расположением желобков, имеющими левое и правое направление. На основании условия равновесия сил действующих на зерно находящееся в желобках катушки, практически полностью снижается осевое давление на вал привода высевающих аппаратов, в результате устойчивость высева будет стабильной при полном открытии рабочей длины катушки на 40 мм.

Производительность высева зависит от числа желобков, длины рабочей части катушки, частоты ее вращения и высоты открытия подпружиненного клапана. Новый высевающий аппарат имеет 12 угловых желобков, с левым и правым направлением, и углом расположения желобка относительно центральной оси вращения катушки равным а= 30°, работает при максимальной рабочей длине. Подпружиненный клапан в торцевой части выполнен по прямой линии параллельно оси катушки. Дно желобка имеет форму полуокружности по ширине, и по длине размещены фиксирующие ячейки, обеспечивающие равномерную раскладку семян.

Угловой желобок имеет параметры по ширине: Втах— 2 + &,

и по высоте: #«0*= 2 + й + с, (1)

где с - величина скоса, й — средний размер зерна сои, ^ - зазор, определяемый при максимальном набухании сои при увлажнении.

Разгрузка наполненных желобков и выпадение семян при работе базовой катушки происходит прерывисто и одновременно по всему объему желобка в количестве 12 раз при полном повороте катушки на 360°, а у новой катушки угловой желобок попеременно перемещает семена к краю подпружиненного клапана. За счёт такой конструкции высевающего аппарата выпадение каждого зерна из желобка происходит через определённый интервал поворота катушки.

Развернем боковую поверхность катушки на плоскость и разместим в желобках, при плотной укладке, зерно сои (рис. 1). Выберем начало координат в точке А1 и проведем координатные оси X и У. Пренебрегая силой сопротивления среды, определим разницу во времени выпадения семян из точек аь.., а? в сошник при вращении катушки в пределах одного желобка на угол^, равный от 0 до 30°.

Составим дифференциальное уравнение движения семян

Рисунок 1 - Размещение и последовательность движения зерна сои в угловом желобке при повороте катушки После интегрирования получим:

После подстановки постоянных интегрирования в выражения (2-3) получим:

(2)

у.

(3)

X? = \о~\ у'=& \

х = у0О У=ё?/2 / (4)

Пусть в плоскости наряду с прямоугольной системой координат X, У с началом в точке А введена полярная система координат ср, 8 так, что полярная ось и положительная ось X совпадут. Тогда полярные координатные (ср, Б) произвольной точки плоскости преобразуются в декартовы координаты (X, У) этой точки по формулам:

сояср

У= Яэтир] (5)

Функциональную зависимость 5 = / (<р), заданную на некотором множестве значений д>1, <р2,...<рп, можно интерпретировать как множество точек (ф, в) плоскости в полярной системе координат, где 5 =/(<р).

Рисунок 2 - К определению углов поворота высевающей катушки и расстояний выхода семян из желобка В область определения функции 5 =/(ср) входят значения угла ср, при которых/(<р) 0. Построение графика функции 5 =/(<р) можно осуществить

по точкам. При данном ср проводим луч из точки А под углом <р к полярной оси и затем на этом луче отмечаем точку а: = (<р ¡, /(<р ¡)) графика функции, находящуюся на расстоянии 5/ = /(<р ¡) от точки А.

Функция 51 = Бп/соб (<р - (р л) описывает такую траекторию, что опущенный на нее из полюса А перпендикуляр имеет длину Б? и образует с полярной осью угол (р„ (рис. 2).

Проекции полярных координат на ось X при угле поворота показывают последовательность освобождения каждого желобка от семян, а на ось У расстояние Б], & и так далее при раскладке семян на пути движения сеялки.

Тогда расстояние между семенами Л5:

А 5 = 5,-52=^-^) (6)

где уь уг — координаты расположения семян в рядке, связанные с углом поворота катушки.

Определяем среднее количество семян при раскладке в одном рядке при разных способах посева: тр=пшт/Рр; тшт=пшт/Рш (7)

где пшт — количество семян на 1 м2, шт;

Рр, Рш- количество рядков при рядовом и широкорядном способах посева на 1 м2.

При норме высева 600 тысяч всхожих зерен на 1 га при рядовом способе посева количество семян составит 9 шт. на 1 погонном метре, при широкорядном - 27 шт. на погонном метре; при норме высева 700 тыс. зерен при рядовом способе - 10,5 шт., при широкорядном - 31 зерно, при норме высева 800 тыс. зерен при рядовом способе — 12 шт., при широкорядном - 36 шт.

Находим среднее расстояние между семенами при рядовом и широкорядном способах посева сои: = — , = — (8)

И Пр "ш

где Ь — длина погонного метра рядка, м;

пр, пш - количество семян на одном погонном метре при разных способах посева, шт.

Известные методы определения объёма желобка не приемлемы для катушки с угловым расположением желобков. В следствие того, что у них одинаковая рабочая длина катушек, но разная длина желобков, а также ширина желобка за счёт их скашивания.

Полная длина желобка новой катушки будет: 1ж=—— (9)

Объем семян сои, заполняющий один желобок новой катушки, определим по формуле: Уж = 12 ■ (Ю)

где L — длина катушки, мм;

de — средний диаметр семян сои, мм.

Объем семян сои, заполняющий один желобок новой катушки равен: 71ж = 12—-—22s! (П)

1Ж cos ad 4 v '

Если учесть, что в один желобок укладывается определенное количество семян сои с de, то количество семян, заполняющих один желобок, можно определить: п = —-— (12)

cos adc v '

При минимальной высоте высевного отверстия объем семян, высеянных за счет активного слоя у новой катушки за один оборот можно определить: Уа = (13)

" cos adc 4 '

где dk — диаметр катушки, мм.

Тогда рабочий объем семян, высеваемых за один оборот катушки, равен: К, = 9,42 -Ш + Ji*L. (14)

F cosa dccosa 4 '

При норме высева Н и ширине междурядий т объем семян, который должен дозировать высевающий аппарат за один оборот колеса сеялки, составит: Vok = 7гДктН[у(1 - г)] (15) где Дх- диаметр колеса сеялки;

у - плотность укладки семян;

е - коэффициент скольжения колес сеялки по почве.

Объем семян, который должен подать один высевающий аппарат за

_ яДкПкТпН ..

один поворот катушки, будет: = [уПь(1_£)] (16)

где /=и</и* - передаточное отношение от приводного колеса к валу высевающих аппаратов;

я, - частота вращения катушки высевающего аппарата;

пк - частота вращения приводного колеса.

Приравняв уравнения и решив полученное уравнение, получим зависимость между всеми параметрами относительно нормы высева одним высевающим аппаратом: Н = ^^ (0,76 + йк) ■ (17)

Полученное выражение показывает норму высева катушечными высевающими аппаратами с угловым расположением желобков катушки, которая зависит от угла подъёма желобка, длины катушки, ширины междурядья, частоты вращения катушки высевающего аппарата;

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований» приведены программа и методика проведения экспериментов с описанием оборудования и условий их проведения.

Методика лабораторных исследований включала исследования размерных характеристик семян сои районированных в Амурской области сортов. Определение влияния режимов работы нового и базового высевающих аппаратов на норму высева, равномерную раскладку и механическое повреждение семян сои. Полевые исследования проводились на сеялочном агрегате, состоящем из: сцепки СП - 11, сеялок СЗ - 5,4, СЗП - 3,6, укомплектованных базовыми и экспериментальными катушечными высевающими аппаратами, агрегатируемых трактором ВТ - 100, Т-4. Полевые исследования проводились согласно ОСТ-10.5-2000, ОСТ-70.5.1-82, ГОСТ-24955...24059-88, ГОСТ 12042-82, ГОСТ 28268-89, ГОСТ 28168-89.

Приведены методики многофакторного эксперимента по оптимизации параметров катушечного высевающего аппарата.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований и их анализ» представлены основные результаты лабораторных исследований, полевых испытаний и их анализ.

По результатам исследования физико-механических свойств семян перспективных для Амурской облает сортов сои представлены вариационные кривые распределения размеров семян сои, их средний размер и коэффициент сферичности.

Исследования рабочих параметров и режимов работы высевающего аппарата с угловым расположением желобков, проводилось в лабораторных условиях на экспериментальной установке. Результаты исследования показали, что при полной рабочей длине экспериментальной катушки на 40 мм -85% семян распределяются согласно агротехническим требованиям (на расстоянии 9-11 см) при рядовом посеве. В то же время при посеве базовой катушкой при такой же длине ее рабочей части 30% семян были в захущен-ном состоянии, 16% на расстоянии 2 см, 26% - на расстоянии 3-4 см и 28% -на расстоянии 5-12 см, или 42% семян располагались на расстоянии 2-4 см, и больше половины семян, высеваемых базовой катушкой находились на расстоянии загущения и изреживания, которые в условиях роста и формирования урожая не соответствовали оптимальному питанию и освещённости.

При полном вылете катушки с угловым расположением желобков на 40 мм и скорости движения посевного агрегата 9 км/ч оптимальный зазор между подпружиненным клапаном и катушкой высевающего аппарата составляет 10-11 мм.

Важным показателем качества работы высевающего аппарата на посеве сои, является дробление семян. Изменение угла наклона желобка в сторону увеличения до 30° и высоты открытия подпружиненного клапана на 10 - 11 мм, позволяет снизить величину повреждения семян сои у базовых и новых катушек в 2 и более раза. И довести величину повреждения у новых высевающих аппаратов до 0,25%.

При рядовом способе посева, исследования равномерности распределения семян сои методом непосредственного нахождения в почве показывают, что при работе базовой высевающей катушки 28 % семян располагаются по длине рядка на расстоянии 9-11 см, а по агротехническим требованиям на этом расстоянии должно располагаться 95-97%; 38-40 % располагаются загущено (0-7 см); 32 - 34 % находятся в изреженном состоянии. При работе исследуемого катушечного высевающего аппарата, на расстоянии, рекомендуемом агротехническими требованиями рядового способа посева, находились 85 % семян, аналогичная ситуация наблюдалась и при замерах по всходам (рис. 3).

О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Расстояние между семенами Ь, мм

Рисунок 3 - Распределение семян сои вдоль рядка при рядовом посеве При широкорядном способе посева базовым высевающим аппаратом по агротехническим требованиям располагалось только 28-29 %, тогда как высевающим аппаратом с угловым расположением желобков - порядка 86%. Среднее расстояние между семенами при рядовом и широкорядных способах посева у нового аппарата составляет 10 и 3 см соответственно (рис

60

50

■базовая катушка

■экспериментальная катушка

3,4).

Расстояние между семенами Ь, мм

Рисунок 4 - Распределение семян сои вдоль рядка при широкорядном способе посева

Для определения оптимальных конструктивных технологических параметров катушечного высевающего аппарата с угловым расположением желобков, в качестве критериев оптимизации процесса высева семян сои были приняты: количество поврежденных семян сои при высеве экспериментальными высевающими аппаратами (отклик - У1), равномерность распределения семян по длине ряда (отклик - У2). В результате обработки априорной информации были выделены факторы, оказывающие наибольшее влияние на качественные и количественные показатели исследуемого процесса высева семян. К ним относятся: Х1 -частота вращения вала катушек (об/мин); Хг -угол расположения желобков с фиксированной укладкой семян, град; Хз -величина зазора между катушкой и подпружиненным клапаном, мм. С целью обоснования оценки влияния факторов, по результатам эксперимента, рассчитаны уравнения регрессии (программа АРРОЬО). Уравнения в раскодированной форме для количества поврежденных семян при высеве:

У1=0,453-0,126x1-0,215x2-0,З28х3+0,07х1х2+ 0,038х,х3+0,02х12+0,248х22

для равномерности распределения семян при высеве:

У2 =60,406+2,321x1+2,521x2-4,397х3-2,656x^-4,281х,2-4,331х22

Адекватность моделей подтверждается с вероятностью Рр=0,95 при коэффициентах корреляции 1^1=0,987 и 1^2=0,896 11з=0,867.

В результате решения этой задачи независимые переменные, влияющие на критерии оптимизации, имеют следующие значения:

- частота вращения вала катушек п = 30 об/мин;

- угол расположения желобков с фиксированной укладкой а=30°;

- величина зазора между катушкой и подпружиненным клапаном ¡5 = 10 -11 мм.

При оптимальном сочетании факторов норма высева винтовой катушкой составляет — 337,31 г/мин, дробление семян сои при высеве составляет — 0,6 %, а равномерность распределения семян по длине ряда - 85%.

Для анализа влияния факторов на процесс высева были построены поверхности откликов Уь Уг.

Согласно проведенным испытаниям, равномерность распределения семян по длине ряда методом непосредственного нахождения их в почве составила до 83%, а при измерении расстояния между семенами, и между растениями по всходам - до 65 %. При высеве базовыми высевающими аппаратами только 26 % семян были распределены равномерно по длине ряда на расстоянии 9-11 см, 20% семян в загущенном состоянии и 54% изрежено (15 и более см).

= Г(Х1, Х2, Х3= -1

У3 = Г(Х1,Х2, Х3= 1)

Ш 83.209 ЕЭ 84.317 I I 86.425 Ш 88.033

□ 89.641

□ 91.249

□ 92.857

□ 94.466 Ш 96.074 Ш 97.682 ЕзЭ аЬоуе

Рисунок 5 - Поверхность отклика: а) повреждений семян сои при высеве; б) равномерности распределения семян сои

Таблица 1 - Сравнительный анализ влияния высевающих аппаратов сеялки на урожайность сои

Показатели урожайности Высевающие аппараты сеялки Прибавка в % к базовому

новые базовые

1 2 3 4

Количество растений к уборке на 1 мг 57 52 +9.6

Средняя высота растений, см 59 55 +7,3

Масса 1000 зерен, г 165,5 147,4 +12,2

Биологическая урожайность, т/га 2,9 2,5 +16

Фактическая урожайность, т/га 2,3 2,0 +15

НСР05, т/га 0,056 0,048 -

Б г ,% 4,46 4,82 -

При определении урожайности на экспериментальных участках получены следующие результаты: при посеве экспериментальными высевающими аппаратами по сравнению с высевом базовыми аппаратами за счет более равномерного распределения семян сои по длине ряда на 9,6% растений больше осталось к моменту сбора урожая, на 7,3% выше средняя высота растений, на 12,2% больше масса 1000 зерен и на 16 и 15% выше биологическая и фактическая урожайность сои. Прибавка урожая по вариантам составляла в условиях 2011 - 2012 года 0,3 т/га.

В пятой главе «Эффективность внедрения высевающего аппарата» приведены расчёты сравнительной экономической эффективности результатов испытаний, экономическая оценка результатов, из которых видно, что применение катушечного высевающего аппарата с угловым расположением желобков обеспечивает прирост прибыли - 2315,8 руб/ га, срок окупаемости составляет 0,26 года.

Выводы:

1. Анализ существующих способов посева сои, применяемых посевных комплексов и сеялок и используемых в них конструкций катушечных

высевающих аппаратов показывает, что на 93 % применяется рядовой способ посева с междурядьем 15 см, а высевающие аппараты сеялок более чем на 70% не обеспечивают равномерности высева семян из-за цикличности выброса их желобками катушки.

2. Разработана конструкция высевающего аппарата, обеспечивающая повышение равномерности высева семян сои, на которую получен патент на изобретение №2490854.

3. На основании разработанной математической модели установлено и экспериментально подтверждено расстояние между семенами в рядке, которое составляет для рядового и широкорядного способах посева: 8,3-11,1см и 2,77-3,7 см соответственно.

4. Проведенные исследования подтверждают способность новых высевающих аппаратов зерновой сеялки производить устойчивый высев сои на скорости 9 км/ч, при этом норма высева составляла 650 тысУга всхожих зерен, а дробление семян не превышает уровень агротребований и составляет 0,25%.

5. В результате корреляционно-регрессионного анализа выявлено оптимальное сочетание факторов (скорость движения посевного агрегата 9 км/ч, рабочая длина катушки высевающего аппарата - 40 мм, зазор между катушкой и подпружиненным клапаном 10-11 мм), угол расположения желобков к оси катушки 30 ° при которых достигается необходимая норма высева 600-800 тысяч всхожих зерен сои на 1 га, минимальное дробление (0,25 %) и равномерность распределения семян по длине ряда составляет 85%.

6. Производственные испытания показали экономическую целесообразность применения новых катушечных высевающих аппаратов с угловым расположением желобков для посева сои установлено, что они надежно и качественно выполняют технологический процесс, позволяют при использовании их на посеве увеличить урожайность на 0,3 т/га, сократить затраты энергии на 52,8 МДж/га и сэкономить 2315,8 руб/га.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Работы, опубликованные в научных рецензируемых изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки РФ:

1. Илюхина, Т. А. Совершенствование высевающего аппарата к зерновой сеялке / С.П. Присяжная, В.Т. Синеговская, ТА. Илюхина // Вестник Бурятской государственной сельскохозяйственной академии им.В. Р. Филиппова. -2012. -№4(29)

2. Илюхина, Т. А. Влияние предлагаемого высевающего аппарата сеялки СЭП-3,6 на равномерность высева семян сои / С.П. Присяжная Т.А. Илюхина, // Научное обозрение. - 2013. - №6

3. Илюхина, Т. А. Повышение равномерности распределения семян при посеве сои на основе усовершенствования катушечного высевающего аппарата / Т.А. Илюхина, С.П. Присяжная, В.Т. Синеговская //Земледелие. - 2014. -№ 2

Публикации в других изданиях:

4. Илюхина, Т.А. Оптимизация технологического процесса посева сои / Т.А. Илюхина //Адаптивные технологии в растениеводстве Амурской области: сб. науч. тр. ДальГАУ. 2011. Вып.4. С. 23-27

5. Илюхина, Т.А. Совершенствование технологического процесса посева сои катушечным высевающим аппаратом с угловым расположением рёбер / С.П. Присяжная, Т.А. Илюхина // Инженерно - техническое обеспечение регионального машиноиспользования и сельхозмашиностроения: сб. науч. тр. ДальГАУ. 2011г.С.69-71

6. Илюхина, Т. А. Совершенствование технологического процесса посева сои катушечным высевающим аппаратом / Т.А. Илюхина // Инженерно-техническое обеспечение регионального машиноиспользования и сельхозмашиностроения: материалы Междун. науч.-пракг. конф. ГНУ Даль-НИИМЭСХ. (Благовещенск, 22-23 июня 2011). 20U.C. 15-18

7. Илюхина, Т. А. Сравнительные показатели равномерности выпадения семян сои и определение раскладки новьм и базовым высевающим аппаратом сеялки СЗП -3,6 / С.П. Присяжная, Т.А. Илюхина // Инженерно - техническое обеспечение регионального машиноиспользования и сельхозмашиностроения: сб. науч. трудов ДальГАУ. 2012. С. 64-67.

8. Илюхина, Т. А. Совершенствование процесса высева сои предлагаемым катушечным высевающим аппаратом / Т.А. Илюхина // Междун. науч.-практ. конф. ГНУ ДальНИИМЭСХ. (Благовещенск, 12-13 июня 2013) . 2013. С.57-61.

9. Илюхина, Т. А. Экономическая эффективность сеялки для посева сои катушечным высевающим аппаратом с угловым расположением рёбер / С.П. Присяжная, Т.А. Илюхина // Инженерно - техническое обеспечение регионального машиноиспользования и сельхозмашиностроения: сб. науч. трудов ДальГАУ. 2013г. С. 42-46.

10. Илюхина, Т. А. Оптимизация высева сои катушечным высевающим аппаратом с угловым расположением рёбер /С.П. Присяжная, Т.А. Илюхина // Международная научно-практическая конференция «Наука и образование в XXI веке».2013 г. С. 12-17.

11. Илюхина, Т. А. Влияние высевающих аппаратов сеялки СЗП - 3,6 на урожайность сои / СЛ. Присяжная, ТА. Илюхина // Международная научно-практическая конференция «Наука и образование в XXI веке. 2013 г. С. 2224.

12. Пат. 2490854 Российская Федерация, 6А01С7/12. Катушечный высевающий аппарат точного высева / С.П. Присяжная, М.М. Присяжный, Т. А. Илюхина, Г.И. Орехов; заявитель и патентообладатель ГНУ ДальНИИМЭСХ. - № 2011135585/13; заявл. 25.08.11; опубл. 27.08.13, Бюл. №6.-4 с.

Илюхина Татьяна Алексеевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫСЕВА СОИ КАТУШЕЧНЫМ ВЫСЕВАЮЩИМ АППАРАТОМ

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидат технических наук

Лицензия ЛР 020427 от 25.04.1997 г. Подписано к печати 17.03.2014 г. Формат 60x90/16. Уч.-издл. - 1,0. Усл.-пл. -1,5.

_Тираж 130 экз. Заказ 73._

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

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕАЛЬИОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

ИЛЮХИНА ТАТЬЯНА АЛЕСЕЕВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫСЕВА СОИ КАТУШЕЧНЫМ ВЫСЕВАЮЩИМ АППАРАТОМ

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского

хозяйства

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Присяжная Серафима Павловна

Благовещенск - 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................4

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ..............!........7

1.1 Развитие производства сои............................................................7

1.2 Природные факторы Амурской области...........................................12

1.3 Существующие способы и агротехнические требования к посеву

сои............................................................:................................20

1.4 Анализ конструкций высевающих аппаратов сеялок и посевных комплексов.............................................................................................26

1.5 Анализ теоретических исследований работы высевающих

аппаратов....................................................................................57

Цель работы и задачи исследования.....................................................62

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.............................................63

2.1 Разработка конструкции катушечного высевающего аппарата с угловым расположением желобков....................................................................63

2.2 Обоснование высоты открытия подпружиненного клапана и угла наклона направляющей стороны желобка высевающего аппарата.........................68

2.3 Обоснование равномерной раскладки семян сои катушечным высевающим аппаратом с угловым расположением желобков..............................71

2.4 Расчет размещения семян сои......................................................78

2.5 Определение нормы высева катушечным высевающим аппаратом с угловым расположением желобков.........:.................................................82

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ..........................................................................86

3.1 Программа экспериментальных исследований. ..................................86

3.2 Методика проведения экспериментальных исследований....................87

3.2.1 Методика определения размерных характеристик семян сои..............87

3.2.2 Методика определения влияния режимов работы нового и базового высевающих аппаратов на норму высева, равномерную раскладку и механиче-. ское повреждение семян сои...............................................................88

3.2.3 Методика проведения полевых исследований...............................93

3.2.4 Методика определения равномерности распределения семян сои по длине ряда..................................................................................97

3.2.5 Методика определения урожайности.........................................98

3.3 Методика обработки экспериментальных данных............................98

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ..........105

4.1 Размерные характеристики семян сои...........................................105

4.2 Исследование равномерности высева семян сои новым и базовым высевающими аппаратами в лабораторных условиях...................................108

4.3 Изменение нормы высева от величины зазора между подпружиненными клапанами и катушками высевающих аппаратов при разных режимах работы.:............................................................!...............................110

4.4 Анализ зависимости дробления от угла наклона желобка катушки высевающего аппарата.........................................................................111

4.5 Влияние режима работы исследуемого катушечного высевающего аппарата на количество высеваемых семян сои..........................................112

4.6 Исследование равномерности высева семян сои в полевых условиях. ..113

4.7 Результаты исследований npoqeccá высева семян сои, базовым и экспериментальным высевающими аппаратами с угловым расположением желобков.............................................................................................116

4.8 Обработка урожайных данных...................................................125

5 ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА......127

5.1 Экономическая эффективность внедрения катушечного высевающего аппарата........................................................................................127

5.2 Энергетическая эффективность внедрения катушечного высевающего аппарата с угловым расположением желобков........................................130

ВЫВОДЫ..................................................................................133

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..............................................................135

ПРИЛОЖЕНИЯ

153

ВВЕДЕНИЕ

• Актуальность темы. Посев является одним из ответственных агротехнических мероприятий при возделывании сои. От качественного и своевременного его проведения зависит величина урожая сои. Современная агротехника предъявляет высокие требования к посевным машинам. Они должны обеспечивать равномерное распределение семян по длине ряда, их заделка должна осуществляться на оптимальную, одинаковую глубину, высевающий аппарат не должен травмировать семена.

Существующие посевные комплексы и зерновые сеялки оснащённые катушечными высевающими аппаратами не обеспечивают равномерное распределение семян по длине ряда и допускают дробление. При посеве они дают пульсирующие потоки, в результате в рядках при расположении растений сои встречается как загущенность, так и пропуски, значительно превышающие допустимый по агротехническим требованиям интервал, что приводит к недобору урожая, засоренности посевных площадей сорняками и к повышенной норме высева компенсирующей дробление.

Равномерное распределение семян сои в рядке, удовлетворяющее агротехническим требованиям, не только уменьшает расход посевного материала, но и обеспечивает прибавку урожая за счет обеспечения лучшего воздухообмена, освещенности, водного и пищевого режима растений. Поэтому задача равномерного распределения семян по площади питания приобретает первостепенное значение в получении высокой урожайности сои.

В связи с этим разработка конструкции высевающего аппарата и обоснование режимов его работы, обеспечивающего повышение качества посева и урожайности культуры представляет важную научную задачу и имеет большое значение для сельскохозяйственного производства.

Цель исследования. Совершенствование процесса посева сои путём разработки конструкции катушечного высевающего аппарата, обеспечиваю-

щего равномерную раскладку семян в рядке и обоснование его основных конструктивных параметров и режимов работы.

Объект исследования. Технологический процесс равномерного высева семян сои катушечным высевающим аппаратом с угловым расположением желобков.

Предмет исследования. Выявление и обоснование оптимальных параметров и режимов работы высевающего аппарата, обеспечивающих равномерность высева семян сои и распределение по длине рядка, снижение повреждения семян.

Методы исследования. Использованы аналитический и экспериментальный методы, на основе которых были получены теоретические положения с выводами расчётных формул для определения оптимальных параметров работы высевающего аппарата. Экспериментальный метод применялся при разработке методик проведения лабораторно - полевых исследований и обработке результатов. Обработка результатов исследований проводилась на персональном компьютере с использованием программы Microsoft Office Excel, APPOLO.

Достоверность результатов. Достоверность теоретических и экспериментальных исследований обеспечивается удовлетворительным согласованием пределов зон доверительного интервала, и подтверждёнными положительными результатами лабораторных и полевых испытаний.

Научная новизна. Заключается в получении математической зависимости величины расстояния между семенами при повороте катушки, как функции ряда переменных величин: угла расположения желобка и скорости вращения высевающей катушки. Проведённые теоретические и экспериментальные исследования позволили установить оптимальные конструктивно-технологические параметры и режимы работы высевающего аппарата с угловым расположением желобков, позволяющего обеспечить оптимальный интервал при высеве и увеличить равномерность распределения сои в рядке при наименьшем повреждении.

На защиту выносятся. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, направленные на увеличение урожайности сои за счёт равномерного распределения семян в рядке и повышение эффективности технологического процесса посева, за счёт совершенствования конструкции высевающего аппарата сеялки.

Практическая значимость работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований получили практическую реализацию в совершенствовании технологического процесса посева семян сои, катушечным высевающим аппаратом с угловым расположением желобков.

Новизна конструктивного решения катушечного высевающего аппарата подтверждена патентом на изобретение № 2490854 от 27.08.2013г.

Посев катушечным высевающим аппаратом с угловым расположением желобков обеспечивает повышение равномерности всходов на 85% на расстоянии заданным агротребованиями, .снижения дробления семян в 1,5-2 раза, повышение урожайности на 15%.

Внедрение. Конструкция экспериментального высевающего аппарата внедрена в технологический процесс посева сои в КФХ «Нилов Н. Г.», КФХ «ШАНС». Результаты научной разработки используются в учебном процессе на кафедре «Транспортно - энергетические средства и механизация агропромышленного комплекса» ФГБОУ ВПО ДальГАУ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно - практических конференциях ФГБОУ ВПО ДальГАУ (2010-2013гг), международной конференции ГНУ Даль-НИИМЭСХ (2011- 2013), международной научно-практической конференции «Наука и образование в XXI веке» г.Тамбов (2013 г).

Публикации. По результатам выполненной работы опубликовано 12 печатных работ, в том числе описание к патенту на изобретение.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Развитие производства сои

Среди регионов Дальневосточного федерального округа Амурская область по возделыванию сои занимает ведущее место. В последние годы отмечается увеличение посевов сои, которая при реализации составляет основную часть прибыли сельскохозяйственных предприятий. Площадь посевов фирменной амурской культуры в 2011 и 2012 годах достигла 560 и 675 тысяч гектаров, что на 270 и 385 тысяч гектар больше соответственно, чем в 2005 году, на 76 и 191 тысяч гектар больше, чем в 2010 году.

2005 2006 2007 2008 2009 2010

годы

2011

2012

Рисунок -1.1 Динамика посевных площадей в Амурской области За анализируемый период отмечается устойчивая тенденция к росту посевных площадей под сою. Так, если в Амурской области в 2010 году рассматриваемый показатель составлял 484,1 тыс. га [123], то в 2012 г площади под сою увеличились почти на 40%.

я л

в

о

X

(О £ о

а >

16 14 12 10 8

I 1

6

1

4

2 0

12,6

10,5

7,2

7,3

7,9

8,6

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

годы

Рисунок - 1.2 Динамика урожайности сои в Амурской области Показатели урожайности сои в Амурской области в 2011 и 2012 годах, превысили уровень 2005 года на 7,7 и 4,7 ц/га [146].

Валовой сбор сои в Амурской области за анализируемый период (20052012 гг.) наиболее высоким наблюдался в 2011 г., а за 2010 и 2012 гг 830 тысяч тонн (в первоначально оприходованном весе) достиг отметки 569,9 и 770 тыс. т [13].

900 800 700 600 500 400

х

о

но ь

£

0 ю

и >5

2 300

1 200

со

100 о

830 770

569,9

4— —

ТЭО 1 261,: 3

191,9 щ

ш

2005

2006

2007

2008 2009 годы

2010

2011

2012

Рисунок -1.3. Динамика валового сбора сои в условиях Амурской облас-

Область располагает резервами для расширения посевных площадей, так как более 500 тыс. га пашни не используется по причине низкой технической обеспеченности хозяйств. Программой развития сельского хозяйства Амурской области планируется до 2020 г. увеличение посевных площадей, отведенных для сои, увеличить до 900 тыс. га. В последние годы производственные затраты на возделывание этой культуры увеличились многократно, но и в этих условиях производство сои в области прибыльно, ее рентабельность составляет более 30%, соя востребована на рынке. В России и за рубежом за счет сои удается покрывать убытки других отраслей сельского хозяйства [9]. В 2012 году продано сои в КНР 71 тыс. тонн и получено свыше 20 млн. долларов.

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 содержит 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 [92, 122].

Отличительной чертой сои можно .отметить её универсальность применения. Соя широко используется во многих отраслях современной промышленности: пищевой, фармацевтической, химической и др. Производство соевого масла занимает второе место после производства цодсолнечнош в России: Соевое масло отличается превосходным качеством и полной усвояемостью организмом [45, 160].

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, показали, что соевый белок является легкоусвояемым, пита-

тельным, также является эффективным средством профилактики сердечных, раковых, почечных и других заболеваний [145].

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 данной культуры в пищевой, медицинской промышленности, соя применяется в следующих отраслях народного хозяйств: типографской - для получения красок, в текстильной - для получения некоторых видов тканей, в химической - для изготовления пластмасс, глицерина, каучуковых изделий, клея [132].

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

Соя как сырье является сравнительно дешевым, легко транспортабельным продуктом долгого хранения. Это недорогой и эффективный источник белка и масла с неограниченными возможностями [155].

Соя прекрасная кормовая культура, позволяющая получать 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 [94,95].

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 [151, 152].

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, силос, фосфатиды. Наиболее ценными кормовыми качествами обладает вегетативная часть растений сои, в которой перевариваемого протеина на абсолютно сухое вещество значительно выше, чем у других кормовых культур [147].

Вопросам использования сои для продовольственных, промышленных, медицинских и кормовых целей посвящено много отечественной и зарубежной литературы.

Дальневосточный селекционер В.А. Золотницкий [59] 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 П. Ващенко [26], один гектар посевов сои с успехом способен заменить два гектара посевов других бобовых и масличных культур.

Кроме того, соя - очень важное растение с агрономической точки зрения, являясь азотфиксатором, она обладает способностью усваивать азот из атмосферы с помощью клубеньковых бактерий которые, образуют сохраняя при этом азот обогащая тем самым почвы для последующих культур в севооборот