Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние вопроса заделки луковиц лука-севка. цель и задачи исследований 12
1.1 Классификация существующих способов посадки лука-севка 13
1.2 Технологический процесс посадки луковиц лука-севка 14
1.3 Влияние положения луковиц лука-севка при посадке на урожайность лука-репки 16
1.4 Классификация заделывающих органов посевных и посадочных машин 22
1.5 Анализ существующих технологий заделки семян в почву на основе имеющихся рабочих органов 36
1.6 Выводы 40
1.7 Цель и задачи исследований 41
2 Теоретические исследования процесса заделки луковиц лука-севка в борозде дисковым заделывающим органом с почвонаправителями 42
2.1 Программа и методика проведения теоретических исследований 42
2.2 Обоснование конструктивной схемы устройства. модель работы дискового заделывающего органа с почвонаправителями... 44
2.3 Движение почвы по поверхности почвонаправителя дискового заделывающего органа 48
2.4 Движение почвы после схода с поверхности почвонаправителя дискового аделывающего органа 56
2.5 Обоснование конструктивных параметров дискового заделывающего органа с почвонаправителями 60
2.5.1 Обоснование диаметра и радиуса кривизны сферического диска заделывающего органа 60
2.5.2 Обоснование формы поверхности почвонаправителя дискового заделывающего органа 63
2.5.3 Обоснование количества почвонаправителей сферического диска заделывающего органа 66
2.5.4 Обоснование длины почвонаправителей сферического диска заделывающего органа 70
2.5.5 Обоснование ширины почвонаправителей сферического диска заделывающего органа 71
2.6 Выводы 71
3 Программа и методика экспериментальных исследований заделки луковиц почвой 73
3.1 Программа и общая методика экспериментальных исследований 73
3.2 Программа лабораторных исследований 76
3.2.1 Планирование отсеивающего эксперимента 76
3.2.2 Планирование многофакторного эксперимента 82
3.3 Методика определения физико-механических свойств почвы и луковиц лука-севка 87
3.3.1 Методика определения влажности почвы 87
3.3.2 Методика определения плотности почвы 88
3.3.3 Методика определения твердости почвы 89
3.3.4 Методика определения размерно-массовой характеристики луковиц лука-севка сорта «Бессоновский местный» 91
3.4 Методика проведения поисковых исследований по выбору конструкции заделывающего органа. описание лабораторной установки для проведения поисковых исследований 96
3.5 Методика проведения лабораторных исследований по определению оптимальных технологических параметров дискового заделывающего органа с почвонаправителями 102
3.5.1 Методика проведения лабораторных исследований дискового заделывающего органа с почвонаправителями по определению количества луковиц лука-севка, сохранивших положение донцем вниз в борозде при их заделке почвой 103
3.5.2 Методика определения частоты вращения дискового заделывающего органа с почвонаправителями 105
3.6 Методика проведения лабораторно-полевых исследований дискового заделывающего органа с почвонаправителями 107
3.7 Выводы 111
4 Результаты экспериментальных исследований дискового заделывающего органа с почвонаправителями и их анализ 112
4.1 Результаты отсеивающего эксперимента и их анализ 112
4.2 Результаты лабораторных исследований по определению оптимальных технологических параметров дискового заделывающего органа с почвонаправителями и их анализ 117
4.2.1 Результаты лабораторных исследований дискового заделывающего органа с почвонаправителями по определению количества луковиц лука-севка, сохранивших положение донцем вниз в борозде после заделки почвой 117
4.2.2 Результаты исследований по определению частоты вращения дискового заделывающего органа с почвонаправителями 124
4.3 Результаты лабораторно-полевых исследований дискового заделывающего органа с почвонаправителями и их анализ 125
4.4 Выводы 128
5 Экономическая эффективность применения дискового заделывающего органа с почвонаправителями лукопосадочной машины на посадке луковиц лука-севка 129
5.1 Определение стоимости изготовления дискового заделывающего органа с почвонаправителями 129
5.2 Расчет экономической эффективности от внедрения лукопосадочной машины, оснащенной дисковыми заделывающими органами с почвонаправителями
5.3 Выводы
Общие выводы 142
Список использованной литературы
- Влияние положения луковиц лука-севка при посадке на урожайность лука-репки
- Движение почвы по поверхности почвонаправителя дискового заделывающего органа
- Планирование отсеивающего эксперимента
- Результаты лабораторных исследований дискового заделывающего органа с почвонаправителями по определению количества луковиц лука-севка, сохранивших положение донцем вниз в борозде после заделки почвой
Влияние положения луковиц лука-севка при посадке на урожайность лука-репки
При решении многих задач, связанных с улучшением технологических процессов и рабочих органов сельскохозяйственных машин, главной целью является повышение урожайности сельскохозяйственных культур. Наиболее значимым этапом при возделывании сельскохозяйственных культур является посев семян. Повышение полевой всхожести и урожайности сельскохозяйственных культур обеспечивается при посеве созданием благоприятных условий для развития и прорастания семян. Для выполнения данных условий необходимо соблюдение нормы высева семян, сроков посева, площади питания растений и технологии заделки семян в почву [17, 19, 21, 59, 130].
Посадка лука севком – это посадка луковиц, выращенных из семян прошлого года, который хранился зиму при температуре 15-20 градусов, диаметр которых до 3см. Такая технология выращивания лука применяется для выращивания лука-репки. Перед посадкой севок сортируют на луковицы средние, мелкие и крупные. Проросшие, высохшие и поврежденные луковицы удаляют. Почву, где осуществляется посадка лука, определяют уже с осени, лучше всего лук выращивать на суглинистых землях, незакисленных почвах [3, 55, 135].
Выращивание лука репчатого из севка до недавнего времени было самым распространенным в северных районах, средней полосе, центральных черноземных областях и полесье СНГ.
Правильное размещение луковиц при посадке повышает их продуктивность и улучшает качество продукции. При этом необходимо стремиться к предельно допустимому загущению растений, чтобы надземные органы полностью покрывали поверхность почвы [3, 136]. Глубина посадки севка определяется биологическими особенностями формирования луковицы, чтобы при созревании ее верхняя часть находилась над поверхностью почвы. Только при таком условии возможно получение высокого и качественного урожая лука-репки. Лук-севок требует неглубокой заделки, на 3-4 см ниже поверхности почвы [3, 136].
Заделка луковиц в почву – это завершающая стадия при посадке, где происходит непосредственное воздействие на почву для изменения ее свойств и создания благоприятных условий для прорастания луковиц [19, 94]. Сошники, катки, загортачи, шлейфы, боронки, окучники и диски различных конструкций применяются для заделки семян в почву [66].
Основная задача посадки лука-севка – обеспечение оптимальной густоты стояния растений, равномерное распределение их по площади засеваемого поля и ориентированное положение донцем вниз в борозде, то есть создание таких условий, при которых растения равномерно получают незаменяемые факторы жизнедеятельности: свет, тепло, воду и элементы пищи. Повышение урожайности и улучшение качества лука обеспечивается правильным определением площади питания луковиц [3, 74, 76, 78, 79, 88, 103].
В настоящее время для посадки лука-севка применяют следующие схемы: одно-, двух-, трех - и четырехстрочную, узколенточную и широкополосную. Наибольшее распространение из них получили однострочная (45+45 см) и двухстрочная (20+50 см) с разновидностями (15+55 см; 10+60 см), что составляет 180-280 тыс. растений на 1 гектар при норме высева 400-600 кг/га [3, 67]. Прогрессивными способами посева являются также узколенточный (45+5+8) и трехстрочный (8+47+8+47+8+62), позволяющие увеличить густоту насаждений на 1 гектар. Увеличенная затрата лука-севка окупается дополнительной прибавкой урожая [4]. Площадь питания влияет на длительность периода вегетации и созревания луковиц. В условиях сельскохозяйственного производства густые посевы ускоряют созревание лука на 4 – 10 дней раньше, что имеет важное значение: хорошо вызревший лук лучше хранится зимой [135, 136].
Широкополосная схема посадки обладает преимуществом перед другими схемами посадки тем, что луковицы распределяются по площади питания более равномерно, следовательно, урожайность лука-репки возрастает.
В настоящее время применяют сажалки иностранного производства Ko-nigsplanter, Grimme, Broch, Delta, которые осуществляют посадку в 1, 2 или 3 строчки с междурядьем 33 см и 22,5 см [136].
Все посадочные машины (сеялки) имеют набор сходных рабочих органов, основные из которых следующие: бункер для семенного материала, высевающий (высаживающий) аппарат, семяпроводы, бороздораскрывающие (сошники) и бороздозакрывающие (загортачи) рабочие органы [5, 37, 38]. Бункер-накопитель предназначен для создания необходимого количества семенного материала; высевающий аппарат – для отбора и дозирования семян из бункера; семяпроводы – для подачи семян от бункера к месту укладки; сошники – для укладки семян в почву, загортачи – для закрытия семян сверху почвой [77, 80, 102, 125, 126].
Движение почвы по поверхности почвонаправителя дискового заделывающего органа
Для определения уравнения траектории движения частицы В почвы, исключим из первого выражения системы уравнений (2.25) время t и подставим его во второе выражение системы уравнений (2.25), в результате имеем [13,
Для обеспечения качественной заделки почвой луковиц лука-севка необходимо, определить наибольшую высоту подъема Н частицы В почвы в точке А - вершине образованного гребня (рисунок 2.8), так как данная величина оказывает определяющее воздействие на время появления всходов луковиц лука-севка (больший объем почвы над луковицей приводит к более позднему появлению всходов луковиц лука-севка).
К определению движения частиц почвы после отрыва от поверхности почвонаправителя дискового заделывающего органа При этом, координаты вершины гребня в точке А плоскости ZOY
Подставляя значение t± (2.29) во второе выражение системы уравнений (2.31) и преобразовав его, получим наибольшую величину подъема частицы В почвы, которая представляет собой высоту гребня Н:
Дальность полета частицы почвы в горизонтальной плоскости (рисунок 2.7) определим из уравнения траектории движения частицы почвы (2.31) при z = 0:
Величина хіг = Lmin соответствует начальному моменту полета частицы почвы, а величина х12 = Lmax определяет величину дальности полета частицы почвы по горизонтали. Угол атаки дискового заделывающего органа определим из выражения (2.37), которое позволяет определить наибольшую высоту подъема частицы почвы Н, подставив в (2.37) выражение (2.29) и решив его относительно :
Обоснование диаметра и радиуса кривизны сферического диска заделывающего органа Основными параметрами сферических дисков [125], характеризующими действие их на почву, являются (рисунок 2.9): диаметр диска заделывающего органа D, радиус сферы диска гСф; угол атаки (угол между плоскостью вращения диска и направлением поступательного движения диска); центральный угол 2(рг дуги окружности, образуемый в результате сечения экваториальной плоскостью; задний угол єа; угол резания (хуг и угол заострения i режущей кромки диска. Кроме того, в некоторых случаях диск может быть наклонен к вертикали под углом [18, 93].
По исследованиям П.С.Нартова [93] диаметр дисков должен быть больше глубины обработки для рыхлителей в 5 раз. Соотношение между глубиной хода h и диаметром диска D находится в пределах [18, 93]:
Обоснование формы поверхности почвонаправителя дискового заделывающего органа В процессе работы дискового заделывающего органа с почвонаправите-лями необходимо, чтобы в момент выхода почвонаправителя из почвы происходило перемещение частиц почвы по его поверхности, с целью обеспечения качественной заделки борозды, самоочищения и предотвращения забивания почвой поверхности почвонаправителя [134].
Поэтому необходимо, чтобы в каждой точке поверхности почвонаправителя угол Р1 между касательной m — m и поверхностью почвонаправителя был больше угла 0 трения скольжения частицы почвы по поверхности почвонаправителя (рисунок 2.11) [51]:
К определению радиуса кривизны поверхности почвонаправителя дискового заделывающего органа Поверхностью кривой почвонаправителя, которая обеспечивала бы выполнение условия (2.52) подходит кривая, выполненная по спирали Архимеда [20, 104]: угол между поверхностью почвонаправителя и касательной m - m к почвонаправителю, град. Для определения необходимой кривизны Кг почвонаправителя воспользуемся известной формулой [20, 27, 104]: ф22 Кг= а
К вычислению длины дуги почвонаправителя дискового заделывающего органа Для нахождения длины 1 дуги QM почвонаправителя (рисунок 2.11) рассмотрим бесконечно малый участок дуги dl (рисунок 2.12), который равен [20, 104]:
Выбор количества почвонаправителей необходимо производить таким образом, чтобы обеспечить качественное закрытие луковиц лука-севка почвой.
Для определения количества почвонаправителей сферического диска заделывающего органа необходимо определить объем почвы, необходимый для закрытия луковицы почвой, для чего следует учитывать физико-механические свойства луковиц лука-севка и геометрические параметры борозды [63].
Согласно результатам исследований [43, 68, 75] физико-механических свойств лука-севка известно, что размеры луковицы колеблются в широких пределах и определяются следующими основными параметрами (рисунок 2.13): диаметром , Ол; высотой, Нл; диаметром вешки dB, высотой вешки, hB.
Луковицы имеют округлую форму, приближающуюся к форме сферы с наличием вешки. Рисунок 2.13 – Схема луковицы с основными размерами: 1 – вешка; 2 – донце луковицы Исходя из существующих рекомендаций [3, 74, 106], посадку луковиц лука-севка необходимо производить равномерно по площади питания, с соблюдением равного расстояния L между соседними луковицами лука-севка.
Следовательно, для сплошной заделки борозды необходим объем почвы, равный: VП = VБ - n1VЛ, (2.60) где VБ - объем почвы, для закрытия всей борозды без учета луковиц лука-севка, м; n1 - количество луковиц, шт; VЛ - объем луковицы, м. Для нахождения объема почвы для закрытия всей борозды считаем, что поперечное сечение борозды (рисунок 2.14) представляет собой трапецию MNGK с большим основанием GK, равным ширине борозды bб и малым основанием NM, равным 0,9bб, исходя из исследований процесса осыпания почвы после прохода сошника в борозду [51]:
Планирование отсеивающего эксперимента
Нижняя граница интервала варьирования поступательной скорости vД равнялась 0,8 м/с и далее изменялась с шагом 0,2 м/с до предельного значения, равного 1,2 м/с. Угол атаки дисков изменялся в пределах от 5 до 30 с интервалом варьирования в 5 градусов [117].
Методика проведения исследований заключалась в следующем. Дисковый заделывающий рабочий орган 1 устанавливался на приводную тележку 2 передвижного почвенного канала 3. Тахометр 4 соединялся жестко с валом дискового заделывающего органа посредством крепежной стойки 5 (рисунок 3.19). Затем приводили в движение тележку 2 и фиксировали значение частоты вращения вала дискового заделывающего органа при установленных ранее значениях vД и .
Устанавливали предел измерения тахометра 4 (рисунок 3.20) частоты вращения дискового заделывающего органа 1 в границах 10 – 300 мин-1 по 107 воротом регулировочного винта 2. Степень фрикционного взаимодействия вала 3 дискового заделывающего органа 1 со сменным наконечником 6 тахометра 4 осуществляется перемещением стойки 5 по направляющим 7 с последующей фиксацией ее посредством резьбового соединения 8.
Лабораторно-полевые исследования направлены на установление досто-верностей и аналитических зависимостей, определение качественных показателей работы в реальных условиях дискового заделывающего органа и про 108 верку закономерностей, полученных в лабораторных условиях и выявленных теоретическим путем.
Целью выполнения исследований являлось обоснование возможности применения дискового заделывающего органа с почвонаправителями на посадке лука-севка и установление оптимальных значений его технологических параметров в полевых условиях, обеспечивающих качественную заделку луковиц лука-севка.
Лабораторно-полевые исследования дискового заделывающего органа с почвонаправителями лукопосадочной машины проводились на полях ООО «Новый урожай» Пензенской области в 2012 - 2013 годах на посадке лука-севка сорта «Бессоновский местный» [54].
Лабораторно-полевые исследования проводились в соответствии с СТО АИСТ 5.6-2010 «Испытания сельскохозяйственной техники. Машины высад-копосадочные. Методы оценки функциональных показателей» [121].
Для проведения исследований был выбран ровный однородный участок [31], на котором в дни проведения посева в трех местах определялись физико-механические свойства почвы по методике, изложенной в разделах 3.3.1 – 3.3.3, также определялись показатели качества заделки лука-севка по методике, изложенной в разделе 3.4. Предпосевная обработка почвы заключалась в предпосевной культивации на глубину 6–8 см с одновременным боронованием. Почва на выбранном для проведения исследований участке – среднесуг-линистый чернозем [54].
Для проведения лабораторно-полевых исследований дисковые заделывающие органы с почвонаправителями устанавливались на лукопосадочную машину (рисунок 3.21). Лукопосадочная машина состоит из рамы 1, опорно-приводного колеса 2, бункера 3, семяпровода с сошником 4 и дисковых заделывающих органов 5.
Общий вид лукопосадочной машины, оснащенной дисковыми заделывающими органами с почвонаправителями: 1 – рама; 2 – опорно-приводное колесо; 3 – бункер; 4 – семяпровод с сошником; 5 – дисковые заделывающие органы с почвонаправителями Посадочный агрегат состоял из трактора марки МТЗ–80 и лукопосадоч-ной машины с дисковыми заделывающими органами (рисунок 3.22). Для изучения влияния скорости движения посадочного агрегата на качество заделки луковиц лука-севка исследуемым дисковым заделывающим органом поступательная скорость посадочного агрегата изменялась в пределах от 0,8 м до 1,2 м/с с интервалом варьирования 0,1 м/с.
Общая площадь посева лука-севка была разделена на две учетные делянки, на каждой из которых производился посев лука-севка лукопосадочной машиной с установленными на нее последовательно дисковыми заделывающими органами с почвонаправителями и коническими прикатывающими катками.
Начало и конец проведения опыта определяли сигналами, подаваемыми в начале и в конце опытного участка. Посадочный агрегат проходил участок, равный 50 м. Рабочую скорость движения посадочного агрегата определяли по формуле 3.40. Опыты (эксперимент) проводили в трехкратной повторности с установленными на агрегат дисковыми заделывающими органами с почвонаправителями. Продолжительность опыта фиксировали секундомером (включение и отключение секундомера производилось в момент пересечения заделывающим органом уровня установленной вешки). Далее на посадочный агрегат устанавливались конические прикатывающие катки и опыты повторялись.
Показатели качества заделки луковиц лука-севка определяли раскрытием закрытой борозды по методике, изложенной в разделе 3.4.
Урожайность лука-репки определялась методом сплошного учета урожая [41], когда весь урожай лука-репки с каждой учетной делянки взвешивался в поле на весах ВТ-8908-200 ГОСТ 29329-92 сразу после уборки. 1. Для подтверждения теоретических исследований и проверки полученных зависимостей разработана программа экспериментальных исследований заделывающих органов и методика определения качественных показателей при заделке луковиц лука-севка. 2. Изготовлены опытные образцы заделывающих органов в соответствии с расчетными и обоснованными конструктивными параметрами. 3. Изготовлен передвижной почвенный канал для проведения поисковых и лабораторных исследований дискового заделывающего органа с почвона-правителями. 4. Проведенные поисковые опыты позволили определить границы области эксперимента, выявить значимые факторы и назначить уровни их варьирования. 5. В результате планирования эксперимента за критерий оптимизации технологических параметров выбран показатель качества заделки лука-севка - количество луковиц лука-севка, заделанных почвой донцем вниз (луковицы лука-севка, имеющие глубину заделки почвой менее 2,5 см и более 3 см, а также уменьшенный (LyM М ± 0,5М) или увеличенный (LyB М ± 0,5М) интервал между соседними луковицами лука-севка в результатах исследований не учитывались). Определены наиболее существенные факторы, влияющие на качество работы дискового заделывающего органа с почвонаправите-лями: - поступательная скорость дискового заделывающего органа (уд м/с); - угол атаки дискового заделывающего органа (, град); - межосевое расстояние между дисками заделывающего органа (S, м). 6. Определены условия и разработана методика проведения лаборатор ных и лабораторно-полевых исследований экспериментального дискового заделывающего органа с почвонаправителями, установленного на лукопоса дочную машину.
Результаты лабораторных исследований дискового заделывающего органа с почвонаправителями по определению количества луковиц лука-севка, сохранивших положение донцем вниз в борозде после заделки почвой
Разработана, обоснована и запатентована конструкция дискового за делывающего органа с почвонаправителями лукопосадочной машины для ка чественной заделки луковиц лука-севка в борозде.
Проведены теоретические исследования взаимодействия с почвой дискового заделывающего органа с почвонаправителями по заделке луковиц в борозде, получены уравнения траектории движения частиц почвы по по верхности почвонаправителя и теоретические зависимости для определения конструктивных и технологических параметров дискового заделывающего органа с почвонаправителями: поступательной скорости дискового заделы вающего органа с почвонаправителями, угла атаки дискового заделывающего органа с почвонаправителями, межосевого расстояния между дисками заде лывающего органа, а также диаметра диска дискового заделывающего орга на, толщины сферического диска, радиуса сферы диска, кривизны, длины, ширины и количества почвонаправителей.
Расчетные конструктивные параметры дискового заделывающего органа с почвонаправителями равны: диаметр сферического диска D=0,11м, толщина сферического диска =0,0011м, радиус сферы диска rсф =0,161 м, количество почвонаправителей z2 =6 шт, длина почвонаправителей lП = 0,05 м, ширина почвонаправителей bП = 0,014 м, кривизна поверхности почвона-правителя K1 =0,036 м.
Расчетные технологические параметры дискового заделывающего органа с почвонаправителями равны: поступательная скорость дискового заделывающего органа vД = 1,03 м/с, угол между плоскостью вращения диска и направлением поступательного движения диска (угол атаки) = 32 град., межосевое расстояние между дисками заделывающего органа S= 0,094 м.
Лабораторные исследования дискового заделывающего органа с поч вонаправителями проводились согласно разработанной методике и позволи 143 ли установить интервалы нахождения оптимальных значений исследуемых параметров при качественной заделки луковиц лука-севка почвой в борозде. Максимальное количество луковиц, заделанных почвой донцем вниз (85 – 90%), достигается при угле атаки дискового заделывающего органа с почво-направителями 20…25 град, межосевого расстояния между дисками заделывающего органа 0,1…0,15 м, поступательной скорости движения дискового заделывающего органа 0,95…1,15 м/с, частоте вращения дискового заделывающего органа 168…180 мин-1.
По результатам лабораторно-полевых исследований установлено, что наибольшее количество луковиц, заделанных почвой донцем вниз, составило 85%, при этом на боку располагалось 13 %, донцем вверх – 2 % луковиц, а равномерность распределения вдоль рядка составила 89 % при значении поступательной скорости лукопосадочной машины 0,95…1,15 м/с. По сравнению с лукопосадочной машиной, оснащенной в качестве заделывающих органов коническими прикатывающими катками, повысилось количество луковиц, заделанных почвой донцем вниз на 20%, а равномерность распределения луковиц вдоль рядка на 19%. В результате урожайность лука-репки увеличилась в 1,35 раза. Годовой экономический эффект использования лукопоса-дочной машины, оснащенной дисковыми заделывающими органами с почво-направителями, составляет 39966 рублей за счет повышения урожайности лука-репки.
