Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса посева семян мелкосеменных масличных культур. цель и задачи исследований 14
1.1 Особенности посева мелкосеменных масличных культур (на примере семян рапса ярового) 14
1.1.1 Ботаническое описание 14
1.1.2 Хозяйственное значение 15
1.1.3 Площади посевов. Районы распространения 17
1.2 Анализ способов посева семян мелкосеменных масличных культур 18
1.3 Обзор конструктивных схем сеялок для посева семян мелкосеменных масличных культур 20
1.4 Обзор конструктивных схем высевающих аппаратов для высева семян мелкосеменных масличных культур 29
1.5 Цель и задачи исследований 36
2 Теоретические исследования технологического процесса посева семян мелкосеменных масличных культур высевающим аппаратом с катушкой, выполненной в виде шайбы с зубъями пирамидального профиля 38
2.1 Выбор и обоснование конструктивно-технологической схемы высевающего аппарата с катушкой, выполненной в виде шайбы с зубьями пирамидального профиля, для посева семян мелкосеменныхмасличных культур 38
2.2 Теоретическое обоснование рабочего объема шайбы с зубьями пирамидального профиля 42
2.3 Исследование движения семени при выходе из желобка шайбы с зубьями пирамидального профиля с учетом сопротивления воздуха 47
Выводы .53
3 Программа и методика экспериментальных исследований 55
3.1 Методика лабораторных исследований 61
3.1.1 Методика определения физико-механических свойств семян рапса ярового сорта «Ратник» 61
3.1.2 Разработка экспериментального высевающего аппарата с катушкой, выполненной в виде шайбы с зубьями пирамидального профиля 65
3.1.3 Применение лабораторной установки 67
3.1.4 Методика проведения многофакторного эксперимента по определению влияния оптимальных конструктивных и режимных параметров экспериментального высевающего аппарата 70
3.1.5 Методика определения неустойчивости общего высева в зависимости от изменения частоты вращения шайбы с зубьями пирамидального профиля 74
3.1.6 Методика определения дробления семян в зависимости от изменения зазора между шайбой с зубьями пирамидального профиля и утолщением 76
3.2 Методика лабораторно-полевых исследований 77
3.2.1 Методика определения условий испытаний экспериментальной и базовой сеялок на опытном участке 77
3.2.2 Уточнение оптимальных конструктивных и режимных параметров экспериментального высевающего аппарата 80
3.2.3 Методика проведения сравнительных исследований экспериментальной и базовой сеялок 81
Выводы 85
4 Результаты и анализ экспериментальных исследований 87
4.1 Результаты лабораторных исследований 87
4.1.1 Результаты определения физико-механических свойств семян рапса ярового сорта «Ратник» 87
4.1.2 Результаты проведения многофакторного эксперимента по определению влияния оптимальных конструктивных и режимных параметров экспериментального высевающего аппарата 90
4.1.3 Результаты определения неустойчивости общего высева в зависимости от изменения частоты вращения шайбы с зубьями пирамидального профиля 104
4.1.4 Результаты определения дробления семян в зависимости от зазора между шайбой с зубьями пирамидального профиля и утолщением 105
4.2 Результаты лабораторно-полевых исследований 106
4.2.1 Результаты определения условий испытаний экспериментальной и базовой сеялок на опытном участке 106
4.2.2 Результаты проведения сравнительных исследований экспериментальной и базовой сеялок 107
Выводы 113
5 Экономическая эффективность применения сеялки с экспериментальными высевающими аппаратами 116
5.1 Расчет балансовой стоимости сеялки СЗ-5,4 с экспериментальными высевающими аппаратами 116
5.2 Расчет основных показателей эксплуатационных затрат 122
5.3 Расчет годового экономического эффекта от применения сеялки СЗ-5,4 с экспериментальными высевающими аппаратами 124
5.4 Расчет срока окупаемости дополнительных капиталовложений 125
Выводы 126
Заключение .127
Рекомендации производству 129
Перспективы дальнейшей разработки темы 130
Список использованной литературы 131
- Анализ способов посева семян мелкосеменных масличных культур
- Теоретическое обоснование рабочего объема шайбы с зубьями пирамидального профиля
- Методика определения дробления семян в зависимости от изменения зазора между шайбой с зубьями пирамидального профиля и утолщением
- Расчет основных показателей эксплуатационных затрат
Введение к работе
Актуальность темы. Семена мелкосеменных масличных культур (рапса, рыжика, горчицы, сурепицы яровой, редьки масличной, сафлора, льна масличного и др.) являются ценным продуктом, который нашел широкое применение в пищевой, медицинской, технической и других отраслях промышленности.
В технологическом процессе возделывания семян мелкосеменных масличных культур посев является одной из важных операций. Применение посевных машин с существующими высевающими аппаратами для посева семян мелкосеменных масличных культур не обеспечивает требуемую устойчивость общего высева, равномерность распределения семян по длине рядка, снижение дробления (повреждения) семенного материала, что приводит к снижению качества посева и урожайности культуры.
Поэтому работа, посвященная повышению качества посева мелкосеменных масличных культур разработкой и обоснованием параметров высевающего аппарата сеялки, является актуальной и играет важную роль в развитии агропромышленного комплекса России.
Степень разработанности темы. Значительный вклад в развитие современных конструкций посевных машин и комплексов, высевающих аппаратов для посева семян мелкосеменных масличных культур внесли ученые С.В. Вдовкин, В.П. Горячкин, С.А. Ивженко, Ю.М. Исаев, С.В. Кардашевский, А.Н. Карпенко, Н.И. Кленин, Н.П. Крючин, В.Е. Комаристов, М.Н. Летошнев, Н.П. Ларюшин, Г.Е. Листопад, А.Н. Морозов, А.М. Петров, М.В. Сабликов, Ю.А. Савельев, А.Н. Семенов, Н.М. Семашкин, М.Н. Чаткин, R.U. Tissen, G.V. Brook, R.H. Steen и др.
Для посева семян мелкосеменных масличных культур применяются различные конструкции катушечных высевающих аппаратов.
Катушечные высевающие аппараты с наклонными косозубыми желобками имеют следующие недостатки: при работе высевающего аппарата невозможно получить равномерный высев с меньшим дроблением посевного материала, семена скатываются к стенкам корпуса высевающего аппарата, при этом высев становится пульсирующий, с низкой равномерностью распределения их по длине рядка и неточной нормой высева, наблюдается повышенное дробление семян и неустойчивость общего высева.
Катушечные высевающие аппараты с шайбой в виде кольцевой выемки дугообразного профиля также имеют ряд недостатков: выполнение на торце шайбы кольцевой выемки, имеющей дугообразный профиль, приводящее к нарушению заданной толщины потока семян под шайбой за счет скатывания семян по дугообразному профилю в сторону торца холостой муфты, неравномерность распределения семян мелкосеменных культур по длине рядка, расход семян, неустойчивость общего высева и дробление посевного материала. Кроме того, высевающий аппарат имеет низкую надежность в работе и сложность конструкции при изготовлении.
Катушечные высевающие аппараты с желобками, выполненными в виде косого среза, имеют следующие основные недостатки: скатывание семян в одну сторону к муфте по желобкам катушки, в результате чего такие желобки заполняются хаотично с разным количеством семян, что приводит к неравномерному распределению семян мелкосеменных культур по длине рядка, несоблюдению однозернового заполнения, дроблению семян, плохому самоочищению желобков, сложности в изготовлении, дороговизне, сложности в настройке для высева малых норм по причине выполнения
желобков катушки в виде косого среза с углом наклона граней желобков, большим угла трения семян по материалу катушки.
Катушечные высевающие аппараты в виде шайбы с мелкозубчатым профилем также не лишены недостатков: неустойчивость общего высева, дробление семян при заклинивании их в зазорах между боковыми поверхностями шины и боковыми поверхностями шайбы с мелкозубчатым профилем. Кроме того, мелкозубчатый профиль шайбы, образованный ячейками, имеет плохую заполняемость семенами различных размеров, что приводит к пропускам семян при высеве их из высевающего аппарата, затрудняется установка точной и малой норм высева мелкосеменных культур, увеличивается неравномерность распределения семян по длине рядка. При этом переход на посев другой мелкосеменной культуры требует большой трудоемкости выполняемых работ при замене шайб.
Из проведенного анализа следует, что катушечные высевающие аппараты, выполненные в виде шайбы, широко используются при посеве семян мелкосеменных масличных культур, однако они не в полной мере обеспечивают соблюдение агротехнических требований. Основными их недостатками являются неустойчивость общего высева, повышенная неравномерность распределения семян по длине рядка, дробление семян, что отрицательно сказывается на качестве посева. Поэтому данный вопрос требует дальнейших теоретических обоснований и новых конструкторских решений.
Работа выполнена по плану НИОКР ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ, тема № 32 «Ресурсосберегающие технологии и технические средства для производства продукции растениеводства и животноводства».
Цель работы – повышение качества посева мелкосеменных масличных культур разработкой и обоснованием параметров высевающего аппарата с катушкой, выполненной в виде шайбы с зубьями пирамидального профиля.
Задачи исследований:
-
Обосновать и разработать конструктивно-технологическую схему и конструкцию высевающего аппарата с катушкой, выполненной в виде шайбы с зубьями пирамидального профиля, для посева семян мелкосеменных масличных культур с учетом их физико-механических свойств.
-
Выполнить теоретические исследования технологического процесса посева семян мелкосеменных масличных культур экспериментальным высевающим аппаратом.
-
Разработать и изготовить опытно-конструкторский образец высевающего аппарата с катушкой, выполненной в виде шайбы с зубьями пирамидального профиля, для посева семян мелкосеменных масличных культур, провести лабораторные исследования по определению его оптимальных конструктивных и режимных параметров.
-
Провести лабораторно-полевые исследования сеялки, оснащенной высевающими аппаратами с катушками, выполненными в виде шайб с зубьями пирамидального профиля, при посеве семян мелкосеменных масличных культур и определить технико-экономическую эффективность от ее использования.
Объект исследований. Технологический процесс посева семян мелкосеменных масличных культур экспериментальным высевающим аппаратом.
Предмет исследований. Конструктивные и режимные параметры высевающего аппарата с катушкой, выполненной в виде шайбы с зубьями пирамидального профиля, для посева семян мелкосеменных масличных культур, оценочные показатели качества их посева.
Научную новизну работы составляют:
теоретическое обоснование процесса посева семян мелкосеменных масличных культур высевающим аппаратом с катушкой, выполненной в виде шайбы с зубьями пирамидального профиля;
конструктивно-технологическая схема и конструкция высевающего аппарата с катушкой, выполненной в виде шайбы с зубьями пирамидального профиля, для посева семян мелкосеменных масличных культур;
оптимальные конструктивные и режимные параметры экспериментального высевающего аппарата;
- оценочные показатели качества посева семян мелкосеменных масличных
культур (значения неустойчивости общего высева, неравномерности распределения
семян по длине рядка, дробления семян).
Теоретическая и практическая значимость. Проведенные научные исследования послужили основой для разработки конструкции высевающего аппарата с катушкой, выполненной в виде шайбы с зубьями пирамидального профиля, для посева семян мелкосеменных масличных культур. Теоретически обоснован рабочий объем шайбы с зубьями пирамидального профиля, исследовано движение семени при выходе из желобка шайбы с зубьями пирамидального профиля с учетом сопротивления воздуха. Использование экспериментального высевающего аппарата позволяет снизить неустойчивость общего высева до 2,4 %, неравномерность распределения семян мелкосеменных масличных культур по длине рядка – до 34,8 %, дробление семян – до 0,23 %, увеличить урожай зеленой массы – до 22 % и семян – до 24 %.
Методология и методы исследований. Методологической основой исследований является совокупность методов научного познания и систем научных принципов, на базе которых осуществляется выбор приемов исследований и познавательных средств. Теоретические методы основывались на принципах классической механики, математического анализа, синтеза, моделирования и др. Экспериментальные методы использовались при проведении лабораторных и лабораторно-полевых исследований с использованием теории многофакторного эксперимента, математической статистики и действующих ГОСТ 31345-2007, ГОСТ Р 52325-2005, СТО АИСТ 5.6-2010, СТО АИСТ 5.9-2010 и др. Обработка экспериментальных данных выполнена с использованием прикладных программ «Компас-3D», «Statistica 6.0», «MathCAD» и др.
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
-
Конструкция высевающего аппарата с катушкой, выполненной в виде шайбы с зубьями пирамидального профиля, для посева семян мелкосеменных масличных культур.
-
Теоретические исследования технологического процесса посева семян мелкосеменных масличных культур экспериментальным высевающим аппаратом.
-
Оптимальные конструктивные и режимные параметры высевающего аппарата с катушкой, выполненной в виде шайбы с зубьями пирамидального профиля, для посева семян мелкосеменных масличных культур (угол наклона граней пирамид шайбы, частота вращения шайбы с зубьями пирамидального профиля, зазор между шайбой с зубьями пирамидального профиля и утолщением).
Реализация результатов исследований. Зерновая сеялка СЗ-5,4, оснащенная экспериментальными высевающими аппаратами для посева семян мелкосеменных масличных культур, внедрена в ОАО «Нива» Каменского района Пензенской области в 2015 г. и принята ООО «Агро Комплект» Пензенской области к серийному производству, изготовлен опытный образец сеялки.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов проведенных исследований подтверждается:
применением общепризнанных способов оценки качества работы посевных машин, сравнительными исследованиями экспериментального высевающего аппарата с катушкой, выполненной в виде шайбы с зубьями пирамидального профиля, и серийного высевающего аппарата;
сходимостью теоретических и экспериментальных исследований разработанного экспериментального высевающего аппарата для посева семян мелкосеменных масличных культур;
использованием теории планирования многофакторного эксперимента и методов математической статистики;
применением программного обеспечения и стандартизированных средств измерений.
Основные положения работы докладывались и были одобрены на региональных, всероссийских и международных конференциях ФГБОУ ВО Пензенская ГСХА (2013–2016 гг.), ФГБНУ «Росинформагротех» (2014 г.), ФГБОУ ВО Самарская ГСХА (2015 г.), II туре Всероссийского конкурса научных работ среди студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Минсельхоза России в номинации «Технические науки» ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ (2015 г.), VI Молодежном региональном образовательном форуме «Молодежь для агробизнеса Пензенской области» ГБПОУ ПО «Мокшанский агротехнологический колледж» за работу в круглом столе № 2 «Инновации в растениеводстве и в животноводстве: от идеи до внедрения» (2016 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 19 печатных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендуемых перечнем ВАК Минобрнауки РФ, 5 статей опубликовано без соавторов. Общий объем публикаций составляет 5,20 п.л., из них 3,02 п.л. принадлежит автору.
Личный вклад автора в работу. По теме диссертации автором выполнены все этапы работы, заключенные в его личном участии в приведении обзора существующих посевных машин и высевающих аппаратов для посева семян мелкосеменных масличных культур, постановке цели и задач исследований, теоретическом обосновании технологического процесса посева семян мелкосеменных масличных культур высевающим аппаратом с катушкой, выполненной в виде шайбы с зубьями пирамидального профиля, проведении лабораторных и лабораторно-полевых исследований, получении экспериментальных данных, расчете экономической эффективности использования сеялки СЗ-5,4 с экспериментальными высевающими аппаратами.
Объем и структура диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов, заключения, списка использованной литературы из 163 наименований и приложения на 25 с. Диссертация изложена на 147 с., содержит 27 табл. и 55 рис.
Анализ способов посева семян мелкосеменных масличных культур
При рядовом способе посева (рисунок 12,а) семена расположены параллельными рядами. Расстояние между семенами в рядке будет составлять от 1,5 до 2 см, а между рядами – от 12 до 15 см. Данный способ является наиболее распространенным при посеве мелкосеменных масличных культур. При образовании сошниками борозды мелкие семена высеваются равномерно и на заданную глубину. За счет хорошей всхожести и развития растений обеспечивается высокая урожайность культуры [1, 2, 7].
Целью перекрестного способа (рисунок 1.2,б) является равномерность распределения семян по полю. Расположение семян выполнено в двух взаимно перпендикулярных направлениях, одна половина семян высевается вдоль поля, другая – поперек. Расстояние между рядами составляет 12–15 см. К недостаткам относятся трудоемкость выполняемых работ, увеличение сроков посева и затраты горючего [4].
Узкорядный способ (рисунок 1.2,в) представляет собой рядовой посев с междурядьями 6–8 см. По сравнению с обычным рядовым посевом обеспечивается равномерность распределения семян по площади рассева, достигается необходимая освещенность растений в рядках, усиливается фотосинтез и повышается устойчивость культур (зерновых, многолетних и однолетних трав и льна-долгунца и др.) к полеганию. Данный способ применяется во всех почвенно-климатических зонах России, однако используется крайне редко при посеве мелкосеменных культур.
Ленточный способ (рисунок 1.2,г) – рядовой посев, при котором широкие междурядья между лентами чередуются узкими. В зависимости от числа рядов (строчек) в ленте различают двух-, трехстрочные и т.д. Расстояние между строчками в ленте составляет 5–15 см, между лентами – 45–60 см и более. Данный способ применяется для посева культур, у которых небольшая площадь питания, появляется необходимость расстановки сошников, что говорит о его недостатках [3, 4].
Безрядковый (разбросной) способ (рисунок 1.2,д) появился в крестьянских хозяйствах очень давно, еще в дореволюционный период. До появления разбросных сеялок крестьяне вручную высевали семена. При этом посевной материал неравномерно распределялся по длине рядка и площади рассева, что приводило к снижению урожайности культуры [6, 7].
Для посева мелкосеменных масличных культур на полях Пензенской области наиболее приемлемым остается рядовой способ посева. При выборе данного способа оцениваются влияние природно-климатических условий, свойства почвы и затраты при посеве, повышается оценка качества работы посевных машин и комплексов, что приводит к получению высоких урожаев мелкосеменных масличных культур.
Оптимальное размещение семян в почве является главным показателем для получения высокого урожая культуры. При возделывании мелкосеменных масличных культур остро возникает проблема неравномерности распределения семян по длине рядка, особенно при обеспечении малых норм высева. При повышении показателя неравномерности распределения семян по длине рядка (коэффициента вариации) снижается урожай, его технологические и биологические свойства [2].
Неравномерность распределения семян по длине рядка приводит к полеганию растений, в результате чего затрудняется механизированная уборка, снижаются технологические свойства семян мелкосеменных масличных культур. При полегании растений происходит поражение болезнями. Оптимальная площадь питания, хорошая опыляемость и освещенность травостоев способствуют более быстрому развитию растений, сокращению вегетационного периода, наибольшей закладке плодоэлементов, лучшему плодообразованию, меньшему опаданию генеративных органов, созданию благоприятной структуры семенного травостоя. Повышение устойчивости к пониженным температурам, засухе, израстанию и полеганию приводит к повышению урожайности культуры [6, 7].
На современном этапе развития существуют различные типы конструкций сеялок для посева семян мелкосеменных масличных культур. При анализе необходимо выделить две основные группы сеялок: 1. Сеялки с механическими высевающими аппаратами. 2. Сеялки с пневматическими высевающими аппаратами. К сеялкам с механическими высевающими аппаратами относятся следующие посевные машины [7]. Механическая сеялка AMAZONE D9-40, выпускаемая ЗАО «Евротехника», имеет универсальные катушечные высевающие аппараты, которые высевают семена зерновых, мелкосеменных масличных и бобовых культур (рисунок 1.3). При этом сеялка AMAZONE D9-40 обеспечивает точную дозировку семенного материала, равномерность глубины посева и покрытия семенного материала, а также отсутствие колеи, хорошую структурированность поля после посева. Сеялка может использоваться как отдельно, так и совместно с почвоподготовительным агрегатом [8, 10].
Теоретическое обоснование рабочего объема шайбы с зубьями пирамидального профиля
Получение стабильного урожая мелкосеменных масличных культур является важным вопросом, решением которого занимаются многие ученые. На современном этапе развития сельскохозяйственного производства разрабатываются все более новые конструкции высевающих аппаратов для посева семян мелкосеменных масличных культур. Проблема повышения качества посева напрямую зависит от технологических операций, правильного использования посевных машин и комплексов, конструкций рабочих органов [54].
Большое разнообразие конструкций высевающих аппаратов не в полной мере решают проблему снижения таких показателей, как неустойчивость общего высева, неравномерность распределения семян по длине рядка, дробление семян.
Высевающие аппараты должны отвечать следующим агротехническим требованиям: равномерно распределять семена по площади рассева, особенно по длине рядка; высевать семена с меньшим дроблением; сохранять устойчивость общего высева; снижать трудоемкость выполняемых работ при переходе на посев семян других культур; уменьшать расход посевного материала и т.д. [55-60]. Поэтому работа, направленная на снижение показателей неустойчивости общего высева, неравномерности распределения семян по длине рядка, дробления семян, является актуальной за счет совершенствования конструкции высевающего аппарата с катушкой, выполненной в виде шайбы с ЗПП, для посева семян мелкосеменных масличных культур.
В настоящее время существующие высевающие аппараты не в полной мере отвечают агротехническим требованиям. При работе наблюдаются пропуски семян при высеве их из высевающего аппарата, что затрудняет установку точной и малой нормы высева семян, повышается неустойчивость общего высева, сложность и трудоемкость выполняемых работ при переходе на посев других мелкосеменных масличных культур, ухудшается равномерность распределения семян по длине рядка [61].
На основе исследований особенностей конструкций высевающих аппаратов обоснована и разработана конструктивно-технологическая схема и конструкция высевающего аппарата с катушкой, выполненной в виде шайбы с зубьями пирамидального профиля (заявка на изобретение в ФИПС № 2016107517 от 01.03.2016).
Экспериментальный высевающий аппарат для посева семян мелкосеменных масличных культур, содержит корпус 1 (рисунок 2.1), установленные на приводном валу 2 муфту 3, желобчатую катушку 4 и шайбу 5 с зубьями пирамидального профиля, находящуюся между желобчатой катушкой 4 и муфтой 3. Профиль шайбы 5 образован усеченными правильными четырехугольными пирамидами 6. Пирамиды 6 расположены в два ряда по профилю шайбы 5, причем симметрично, справа и слева относительно секущей плоскости, перпендикулярной оси вращения шайбы 5, проходящей через середину профиля шайбы 5 [62].
Технологический процесс посева семян мелкосеменных масличных культур экспериментальным высевающим аппаратом (рисунок 2.1) следующий. Перед заполнением семенных ящиков семенами мелкосеменных масличных культур желобчатые катушки 4 полностью выдвигают из корпусов 1 (рисунок 2.1) высевающих аппаратов. В приводе вала 2 устанавливают требуемое передаточное отношение. При вращении приводного вала 2 через штифт 7 получает вращение желобчатая катушка 4. От желобчатой катушки 4 посредством соединительного цилиндрического штифта 8 получает вращение с заданной частотой шайба 5 и кольцо 11. При заполненном семенном ящике семена самотеком поступают в корпус 1 высевающего аппарата и заполняют пространство вокруг муфты 3, шайбы 5, кольца 11 и ограничительной пластины 9. При вращении шайбы 5 семена в верхней части шайбы 5 заполняют профиль шайбы 5 и перемещаются принудительно вместе с шайбой 5.
Для исключения сгруживания семян под кольцом 11 и исключения дробления и травмирования семян между шайбой 5 и кольцом 11 толщина кольца 11 меньше диаметра семени. Для регулирования малых норм высева мелких семян, возможности высева мелкосеменных масличных культур, имеющих различные размерные характеристики, исключения дробления и травмирования семян при равномерном высеве и без сгруживания семян в нижней части шайбы 5, ниже шайбы 5, на рабочей поверхности донца 13 высевающего аппарата, установлено утолщение 14. Для бесперебойного течения мелких семян непосредственно в зазор между задней поверхностью рабочей криволинейной грани утолщения 14 и торцами усеченных правильных четырехугольных пирамид 6 шайбы 5, исключения преждевременного выпадения семян из профиля шайбы 5 и схода семян с утолщения 14 в сторону муфты 3 и донца 13 высевающего аппарата на приводном валу 2 высевающего аппарата, между шайбой 5 и муфтой 3, установлена свободно ограничительная пластина 9. Для сокращения времени наладки высевающего аппарата, расширения диапазона высева семян различных культур и повышения надежности работы высевающего аппарата упругое неподвижное разъемное соединение включает две упругие цилиндрические защелки 16, 17, выполненные на опорной криволинейной грани утолщения 14. Выпадение семян в воронку семяпровода происходит с верхней кромки торца утолщения 14. При этом зазор между донцем 13 и ребром 10 муфты 3 высевающего аппарата минимальный [62].
Таким образом, предложенный высевающий аппарат с катушкой, выполненной в виде шайбы с ЗПП, для посева семян мелкосеменных масличных культур позволит снизить неравномерность распределения семян по длине рядка, неустойчивость общего высева, уменьшить дробление и травмирование семян, снизить трудоемкость выполняемых работ при переходе на посев другой мелкосеменной культуры, повысить надежность работы высевающего аппарата, снизить расход семян, строго выполнить установленную норму высева.
Методика определения дробления семян в зависимости от изменения зазора между шайбой с зубьями пирамидального профиля и утолщением
Изучение физико-механических свойств семян мелкосеменных масличных культур является важным вопросом, который позволяет обосновать оптимальные конструктивные и режимные параметры высевающих аппаратов [77]. Согласно данным литературных источников физико-механические свойства семян рапса ярового сорта «Ратник» указаны недостаточно полно, и для дальнейших исследований необходимо провести дополнительное изучение вопроса, касающегося разработки нового типа высевающего аппарата с катушкой, выполненной в виде шайбы с ЗПП [78].
Программа лабораторно-полевых исследований включала в себя определение угла естественного откоса семян, угла статического трения, размеров и формы семян рапса ярового сорта «Ратник». В лаборатории ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ были проведены исследования по определению данных показателей. Установлено, что физико-механические свойства семян рапса ярового сорта «Ратник» характеризуются коэффициентами внутреннего и внешнего трения. Трение семян между собой при работе высевающего аппарата характеризуется коэффициентом внутреннего трения и определяется углом естественного откоса. Коэффициент внешнего трения представляет собой статический коэффициент трения покоя. На статический коэффициент трения семян оказывают влияние многие факторы. Основными факторами являются вид и свойства поверхности, форма и размеры семян, скорость перемещения, влажность и др. [78, 79, 84].
Физико-механические свойства семян масличных мелкосеменных культур находились согласно ГОСТ (ГОСТ 12036-85, ГОСТ 12042-80, ГОСТ Р 52325-2005) и действующим методикам [78-85].
Угол естественного откоса представляет собой угол между диаметром основания и образующей конуса, получающегося при свободном падении семян на горизонтальную плоскость. Чем меньше угол естественного откоса, тем больше сыпучесть.
Для определения угла естественного откоса использовался прибор (рисунок 3.1). Он состоит из воронки 2 с задвижкой 4 в нижней части, штатива 3 для крепления воронки 2 и линейки с транспортиром 1 для замера угла [84].
Для проведения исследований воронку 2 закрепляют на штативе 3 так, чтобы расстояние между выпускным отверстием и столом составляло 25 см. После заполнения воронки 2 семенами 5 открывают задвижку 4, а семена 5 высыпают на стол. Затем транспортиром замеряют угол естественного откоса семян. Исследования проводились в пятикратной повторности. Для определения статического угла трения использовался прибор, представленный на рисунке 3.2. Он состоит из зажимов для поверхностей 1, 2, шкалы 3 с обозначением угла наклона, основания 4, испытуемой поверхности 5, образца семян 6, оси 7, основания прибора 8. На испытуемую поверхность 5, предварительно закрепленную зажимами 1, 2, укладывали образец семян 6 (5 шт.) и изменяли угол наклона основания 4 с поверхнос тью 5. При начальном моменте скольжения трущихся образцов семян по стрелке и шкале 3 прибора определялся угол статического трения для каждой из поверхностей (стальной окрашенной, стальной неокрашенной, алюминиевой, полимерной). Находилось значение тангенса от данных углов. Проводилась пятикратная повторность опыта [79, 84]. Рисунок 3.2 – Прибор для определения статического угла трения: 1, 2 – зажимы для поверхностей; 3 – шкала; 4 – основание; 5 – испытуемая поверхность; 6 – образец семян; 7 – ось; 8 – основание прибора При исследовании размерных характеристик семян рапса ярового сорта «Ратник» использовался микроскоп МПБ-3 (рисунок 3.3). Диапазон измерений с объективом 4х составлял от 0 до 3,5 мм. Поле зрения – не менее 4,5 мм. Предел допускаемой абсолютной погрешности измерения ± 0,02 мм [84, 85].
Микроскоп МПБ-3 (рисунок 3.3) состоит из колонки 1, установочного кольца 2, тубуса 3, в котором закреплены окуляр 4 и объектив 5 с сеткой 6. Для измерения микроскоп МПБ-3 устанавливали его основанием 9 на ровную поверхность. В отверстие основания 7 клали семя рапса ярового сорта «Ратник». Наблюдая в окуляр 4 и вращая втулку окуляра 4, устанавливали резкое изображение шкалы сетки 6.
Расчет основных показателей эксплуатационных затрат
Для определения наиболее значимых факторов в столбцы X11, X12, X13…, X82 заносились значения параметров оптимизации по уровням варьирования. Находились максимальные и минимальные значения этих параметров по столбцам данной таблицы. Для нахождения расчетного показателя медианы коэффициента вариации использовалась функция «Медиана» в программе Exсel 2007. «Разность медиан» для каждого фактора находилась как разница между максимальным и минимальным показателями медианы коэффициента вариации. Коэффициенты корреляции между факторами и критерием оптимизации находились в программе Statistica v.6, вкладка «Статистика» – «Множественная регрессия» – «Descriptive statistics» – «Correlations» [93–97].
Значимость факторов оценивалась в первую очередь по разности медиан (рисунок 4.4) коэффициента вариации, в большую сторону. Если же значения разности медиан коэффициента вариации были равны, то оценка значимости проводилась по коэффициенту корреляции между факторами и критерием оптимизации. В результате выборки было отобрано три наиболее важных фактора.
Диаграмма рассеяния значений неравномерности распределения семян по длине рядка: MX – коэффициент вариации, полученный по разности медиан Анализируя данные таблицы П.1.14 (Приложение 1), можно сделать вывод о значимости каждого фактора. Толщина кольца (X1), является восьмым по значимости фактором. Так как толщина кольца меньше диаметра семени, то данный фактор исключает сгруживание кольцом семян и не травмирует их. Фактор (X1) будет незначительно снижать неравномерность распределения семян по длине рядка из-за конструктивных особенностей.
Зазор между шайбой с зубьями пирамидального профиля и утолщением (X2) по значимости факторов занимает третье место. Фактор (X2) оказывает значительное влияние на снижение неравномерности распределения семян по длине рядка, и зазор не должен превышать четырехкратной толщины мелких семян, т.е. быть в пределах от 1,5 до 2,5 мм.
Частота вращения шайбы с зубьями пирамидального профиля (X3) стоит на втором месте по значимости факторов. Неравномерность распределения семян по длине рядка будет снижаться при изменении частоты вращения шайбы до оптимальной величины.
Радиус дуги рабочей части утолщения (X4) занимает четвертое место по значимости факторов. При незначительном уменьшении радиуса дуги произойдет повышение неравномерности распределения семян по длине рядка за счет увеличения величины активного слоя и скапливания семян на рабочей части утолщения.
Толщина шайбы с зубьями пирамидального профиля (X5) является пятым по значимости фактором, влияющим на увеличение неравномерности распределения семян по длине рядка за счет того, что при увеличении данной толщины не будет соблюдаться норма высева и объем желобков шайбы увеличится. При этом будет происходить неустойчивый, порционный высев.
Высота пирамид шайбы с зубьями пирамидального профиля (X6) стоит на шестом месте по значимости факторов. Незначительное увеличение высоты пирамид шайбы приведет к незначительному увеличению объема желобков, повысится неравномерность распределения семян по длине рядка. Величина выступа контура задней части ограничительной пластины за скос донца (X7) является седьмым по значимости фактором. При уменьшении данной величины выступа произойдет скапливание семян на поверхности донца высевающего аппарата, что приведет к увеличению неравномерности распределения семян по длине рядка.
Угол наклона граней пирамид шайбы (X8) является наиболее важным из всех факторов, влияющих на неравномерность распределения семян по длине рядка. При усредненном значении данного угла или незначительном его увеличении будет происходить снижение неравномерности распределения семян по длине рядка в связи с тем, что объем желобков будет изменяться. При этом появится возможность высевать семена мелкосеменных масличных культур с разными размерными характеристиками.
Отсюда делаем вывод, что для дальнейших исследований необходимо определить влияние трех наиболее значимых факторов: угла наклона граней пирамид шайбы (Х8), частоты вращения шайбы с зубьями пирамидального профиля (Х3), зазора между шайбой с зубьями пирамидального профиля и утолщением (X2).
При исследовании много факторного эксперимента составлялась матрица в закодированном виде для трех наиболее значимых факторов. Результаты коэффициента вариации v представлены в таблицах 4.5, 4.6 [98].
В результате обработки опытных данных получено уравнение (4.4) зависимости неравномерности распределения семян по длине рядка от конструктивных и режимных параметров высевающего аппарата с катушкой, выполненной в виде шайбы с ЗПП в закодированном виде [99]: v = 38,23467 + 0,39900 - 0,80500Х2 + 0,42200Х3. (4.4) Коэффициент корреляции составил R = 0,322, Fтест = 0,104. Так как данная линейная зависимость (4.4) неадекватно описывает опытные данные, необходимо перейти к определению зависимости второго порядка [100-102].