Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1 Способы протравливания семян зерновых культур и агротехнические требования, предъявляемые к ним. 10
1.2 Факторы, определяющие качество протравливания семян зерновых культур 14
1.3 Основные направления развития машин для протравливания семян зерновых культур и их классификация 22
1.4 Краткие выводы и задачи исследования 35
2 Теоретическое обоснование параметров пневмомеханического протравливателя .37
2.1 Функциональная и конструктивно-технологическая схемы пневмомеханического протравливателя 37
2.2 Обоснование параметров бункера-дозатора 40
2.3 Теоретические исследования по обоснованию минимально необходимого количества расхода рабочей жидкости для покрытия поверхности семян .45
2.4 Определение местонахождения и угла установки распылителя рабочей жидкости 55
2.5 Математическое моделирование процесса протравливания семян в пневмомеханическом протравливателе 60
2.6 Математическое моделирование движения семян в основной камере протравливания 71
3 Программа и методика экспериментальных исследований 77
3.1 Общая программа экспериментальных исследований 77
3.2 Методика лабораторных экспериментов .78
3.2.1 Методика определения пропускной способности бункера-дозатора для семян 78
3.2.2 Методика измерения площади поверхности семян 80
3.2.3 Методика исследования распылителей, обеспечивающих мелкодисперсную подачу требуемого количества рабочей жидкости в камеру протравливания 81
3.3 Методика лабораторно-производственных исследований 84
3.3.1 Методика определения производительности протравливателя по зерну 84
3.3.2 Методика исследования полноты протравливания и равномерности распределения рабочей жидкости 86
3.3.3 Методика определения травмируемости семян 88
3.4 Методика обработки результатов экспериментальных исследований .89
4 Результаты экспериментальных исследований и их анализ 92
4.1 Результаты лабораторных экспериментов и их анализ .92
4.1.1 Определение пропускной способности бункера-дозатора для семян 92
4.1.2 Измерение площади поверхности семян 94
4.1.3 Исследование распылителей, обеспечивающих мелкодисперсную подачу требуемого количества рабочей жидкости в камеру протравливания 96
4.2 Результаты лабораторно-производственных исследований и их анализ 98
4.2.1 Определение производительности протравливателя по зерну 98
4.2.2 Исследование полноты протравливания и равномерности распределения рабочей жидкости 101
4.2.3 Анализ травмируемости семян 105
5 Оценка эффективности работы пневмомеханического протравливателя 110
5.1 Энергетическая оценка и сравнение разработанного пневмомеханического протравливателя с протравливателем ПС-10АМ 110
5.2 Технико-экономическая оценка эффективности пневмомеханического протравливателя семян 115
Общие выводы по работе 121
Список использованной литературы
- Факторы, определяющие качество протравливания семян зерновых культур
- Теоретические исследования по обоснованию минимально необходимого количества расхода рабочей жидкости для покрытия поверхности семян
- Методика измерения площади поверхности семян
- Измерение площади поверхности семян
Факторы, определяющие качество протравливания семян зерновых культур
Протравливание посевного материала в целях его защиты от болезней и вредителей является одним из наиболее важных мероприятий по защите растений. Протравливание семян зерновых культур обеспечивает повышение их урожайности, качества зерна и эффективности производства [2, 12, 13, 24, 25, 74].
Обоснованный выбор протравителя и технических средств его нанесения на семена и качественная обработка семян перед их протравливанием являются одним из первых условий эффективного производства зерновых [74, 87, 89].
Наиболее распространенный способ – протравливание с увлажнением, при котором на семена наносят рабочую жидкость (суспензии, растворы) или порошковидные препараты с одновременным или последующим смачиванием жидкостью. Способ биологически эффективен, требует небольших затрат препарата, позволяет использовать комбинированные рабочие жидкости, содержащие удобрения, инсектициды, стимуляторы роста и пр. Процесс может быть механизирован при высоких технико-экономических показателях.
Недостаток способа – осыпание протравителя с семян по мере его высыхания, для лучшей удерживаемости препаратов применяются прилипатели, неблагоприятные санитарно-гигиенические условия труда и загрязнение окружающей среды.
Полусухое протравливание заключается в обработке семян водными суспензиями или растворами препаратов со сравнительно большим (20-30л/т) расходом жидкости и последующей выдержкой их в закрытом объёме в течение 3-4 ч (томление). Метод имеет высокую биологическую эффективность.
К недостаткам его относятся низкая производительность и излишнее увлажнение семян.
При мокром протравливании семян их обильно (до 100 л/т) увлажняют (суспензией, эмульсией) или замачивают в рабочей жидкости (растворе), затем томят в течение 2 ч. После томления семена просушивают до нормальной влажности преимущественно в тени или под навесом на деревянном или цементном полу. Сушка под солнцем не рекомендуется, так как это снижает всхожесть семян. Мокрое протравливание производится за 2…3 дня до посева.
Способ трудоёмок, малопроизводителен, требует последующей сушки семян. Применяется при сильном заражении семян проса головнёй.
К сухому протравливанию (нанесению порошковидного препарата на поверхность семян) обращаются в исключительных случаях, при повышенной влажности семян. Способ малоэффективен из-за слабого контакта препарата с поверхностью семян и плохой удерживаемости. С экологической точки зрения небезопасен, поэтому практически не применяется.
Мелкодисперсный способ обработки семян зерновых культур подразумевает обработку их распыленными суспензиями (туманом) получаемым из различных препаратов в камере протравливания. Суспензии подаются под большим давлением через мелкие отверстия распылителей. Благодаря этому норма расход препарата уменьшается, качества протравливания увеличивается и повышение влажности семян не более чем на 1%. Поэтому зерно, протравленное этим способом, не требует дополнительной сушки и его можно хранить перед посевом длительное время.
При термическом обеззараживании семена выдерживают в воде при температуре 45…47С в течение 2-4 ч, затем сушат.
Технология протравливания семян плёнкообразующими составами позволяет прочно закрепить препарат на поверхности семян и предотвратить осыпание его в процессе протравливания, при хранении, транспортировке и посеве. Процесс протравливания плёнкообразующими составами аналогичен протравливанию семян с увлажнением.
Самый простой и дешевый метод - это протравливание вручную при помощи лопаты и пластмассовых мешков, а также барабана или бетономешалки с вращающимся барабаном, приспособленные для протравливания небольших партий посевного материала. В этих устройствах можно получить качественное протравливание при использовании повышенных норм расхода воды в рабочих растворах, до 20 л на 1 т семян (с учетом объема жидкого препарата).
На качество протравливания достаточно значимо влияет количество рабочего раствора. Десять литров на 1 тонну семян в любом протравливателе можно распределить намного равномернее, чем 3 или 4 л. Расход рабочего раствора в пределах 3…5 л/т при протравливании с увлажнением следует считать самыми низкими пределами и они применимы только в современных установках.
Объемы рабочего раствора в пределах 5… 10 л/т семян следует рассматривать как среднюю, а в пределах 20 л/т посевного материала - как высокую норму расхода жидкости при протравливании.
Улучшения качества протравливания можно добиться также за счет уменьшения производительности протравливателя до 50-60 % их номинальной производительности [89].
Агротехнические требования к протравливанию. Семена, подлежащие протравливанию, должны соответствовать государственному стандарту. Порошковидные, пастообразные и жидкие растворимые в воде препараты, нормы их расхода и сроки протравливания также должны соответствовать стандартам.
Протравливание самопередвижными машинами осуществляется при положительных температурах воздуха на открытых ровных площадках, под навесами или в хорошо проветриваемых помещениях [92].
Семена, протравленные самопередвижными машинами, поступают в загрузчики сеялок, транспортные средства, бурты.
Качественные показатели технологического процесса [36, 40, 50]: Полнота протравливания семян, % 100+20 Неравномерность подачи семян и рабочих жидкостей, %, не более 5 Допустимое дробление семян, %, не более 0,5 Увеличение влажности семян, %, не более 1,0 Протравливание не должно снижать всхожесть и энергию прорастания семян. Таким образом, рассмотренные способы протравливания и агротехнические требования, предъявляемые к ним, показывают, что существует множество способов протравливания, однако, в большинстве случаев в производственных условиях они не обеспечивают требуемого качества покрытия поверхности семян, являются малопроизводительными или приводят к травмированию семян и перерасходу дорогостоящих препаратов.
Теоретические исследования по обоснованию минимально необходимого количества расхода рабочей жидкости для покрытия поверхности семян
Геометрические параметры: угол наклона стенок и диаметр выпускного отверстия имеют важное значение для эффективности дозирования семян, технологичности и эстетичности конструкции бункера-дозатора.
Угол наклона стенок бункера выбирается исходя из коэффициента трения о сталь и угла естественного откоса семян зерновых культур. Коэффициент трения семян о сталь при нормальной влажности составляет 0,3…0,45, что соответствует углу наклона 17…250 [41]. Причем нижний предел соответствует семенам пшеницы. Угол естественного откоса зерна различных культур в пределах 25…400 [41]. С повышением влажности коэффициент трения и угол естественного откоса увеличивается. Для исключения образования заторов на наклонных стенках бункера и в воронке истечения угол наклона стенок бункера необходимо выполнить больше чем угол трения и угол естественного откоса. Угол естественного откоса больше чем угол трения, поэтому с учетом возможного увеличения семян формулу для определения угла наклона стенок бункера запишем в следующем виде: где – угол наклона стенок бункера-дозатора, град; угол естественного откоса семян зерновых культур, град; – коэффициент запаса, учитывающий изменение влажности семян и непредвиденных факторов ( =1,05…1,1).
Так как пневмомеханический протравливатель является универсальным и может быть использован для протравливания семян широкого спектра зерновых культур, при проектировании бункера-дозатора угол наклона стенок необходимо рассчитать для семян, которые имеют максимальное значение угла естественного откоса. Максимальная пропускная способность бункера-дозатора должна быть больше чем максимальная производительность протравливателя. Расход семян при свободном истечении зависит главным образом от площади отверстия дозатора и от скорости истечения материала. Форма отверстия оказывает сравнительно небольшое влияние, но все же круглое отверстие предпочтительнее, так как в четырехугольных отверстиях в углах обычно происходят заторы, которые уменьшают величину отверстия. Поэтому необходимо получить теоретическую зависимость пропускной способности бункера от диаметра (площади) выгрузного отверстия.
Пропускная способность ( , т/ч) бункера-дозатора определяется по зависимости [31, 63]: где – скорость истечения семян через выпускное отверстие бункера-дозатора, м/с; – насыпная масса семян, кг/м3(для пшеницы =0,75…0,8 кг/м3); – площадь поперечного сечения выпускного отверстия бункера-дозатора, м2.
Площадь поперечного сечения S круглого отверстия для истечения семян при наших исследованиях можно определить по формуле [31, 63]: где – диаметр выгрузного отверстия бункера-дозатора, м; – эквивалентный диаметр семян зерновых культур, м. Семена зерновых культур по размерам относятся к крупнозернистым частицам, размеры которых находятся в пределах от 2 до 10 мм [31]. Из-за малых значений размером семян пренебрегаем, и в дальнейшем использовать не будем. С учетом этого формула (2.3) принимает следующий вид: корость истечения семян через выгрузное отверстие при нормальном истечении зависит от размеров, формы выгрузного отверстия, гидравлического радиуса. В нашем случае он определяется по формуле [31, 63]:
В виду того, что типичный размер семян намного меньше диаметра выгрузного отверстия, поэтому его значением в дальнейших расчетах пренебрегаем. Подставляя формулы определения коэффициента истечения (2.6) и гидравлического радиуса (2.7) в формулу (2.5) и производя математические преобразования и вычисления при =0,6 и =9,81м/с2, получаем окончательную формулу для вычисления скорости истечения :
Окончательно, подставляя формулы (2.4) и (2.8) в уравнение (2.2) и производя преобразования, получаем зависимость для определения пропускной способности бункера-дозатора:
По полученной зависимости при различных значениях диаметра выгрузного отверстия бункера-дозатора, вычисляем теоретическую пропускную способность бункера для семян пшеницы (таблица 2.1).
Диаметр выгрузного отверстия, м Площадь выгрузного отверстия,10-6м2 Пропускнаяспособность,т/ч Диаметр выгрузного отверстия, м Площадь выгрузного отверстия,10-6м2 Пропускнаяспособность,т/ч проверки построить таблицу настройки пневмомеханического протравливателя на производительность по семенам. 2.3 Теоретические исследования по обоснованию минимально необходимого количества расхода рабочей жидкости для покрытия поверхности семян
Цель данного этапа теоретических исследований является теоретическое обоснование минимально необходимого количества расхода рабочей жидкости для полного и равномерного покрытия поверхности семян.
Рабочий расход жидкости для покрытия поверхности протравливаемых семян является важнейшей характеристикой работы протравливателей, определяющей качество и экономическую эффективность процесса протравливания. При теоретических исследованиях были использованы положения аналитической геометрии.
Методика измерения площади поверхности семян
Общая программа экспериментальных исследований предусматривала проведение: 1) лабораторных опытов по: а) определению пропускной способности бункера-дозатора; б) измерению площади поверхности семян; в) исследование распылителей, обеспечивающих мелкодисперсную подачу требуемого количества рабочей жидкости в камеру протравливания. 2) лабораторно-производственных экспериментов по: а) определению производительности протравливателя по зерну; б) исследованию полноты протравливания и равномерности распределения рабочей жидкости; в) изучению травмирования семян; г) сравнительная энергетическая оценка пневмомеханического протравливателя.
Все лабораторные, лабораторно-производственные исследования проводились с подготовленными к посеву (откалиброванными и очищенными от пыли) семенами пшеницы сорта «Симбирцит» влажности 13…14%, и рабочим раствором фунгицида «Тебу-60» изготовленным по ТУ 2443-052-488116470-2004 3.2 Методика лабораторных экспериментов
Методика определения пропускной способности бункера-дозатора для семян Производительность пневмомеханического протравливания зависит от пропускной способности бункера-дозатора. – выгрузное отверстие бункера; 2 – рукоятка; 3 – заслонка; 4 – шкала; 5 – ось
Целью лабораторно-производственных экспериментов является определение пропускной способности бункера-дозатора для семян. По результатам теоретических исследований (подраздел 2.1) для обеспечения максимальной производительности в 10 т/ч диаметр выгрузного отверстия должен быть не менее 100 мм. Для проведения опытов по определению пропускной способности бункера-дозатора был изготовлен бункер (рисунок 2.1) с диаметром выгрузного отверстия 100 мм, оборудованным дозирующим устройством заслоночного типа (рисунок 3.1). На заслонку была нанесена шкала, показывающая площадь открытия выгрузного отверстия при различных положениях заслонки (таблица 3.1). Шкала тарировалась с помощью миллиметровой бумаги.
Опыты проводились в следующей последовательности. Бункер наполовину заполняется семенами, открывается заслонка на первое деление и в мешок собираются семена в течений одной минуты и заслонка закрывается. Семена взвешиваются на весах МК-32.2-А20 с пределом допускаемой погрешности 15 г. Далее рассчитывается пропускная способность бункера по следующей формуле: , (3.1) где – пропускная способность бункера, т/ч; – количество семян, высыпавших через дозатор за минуту, кг.
В таком порядке опыты повторяются в пятикратной повторности и рассчитывается среднее значение пропускной способности бункера при открытий заслонке на первое деление.
Затем бункер заполняется снова наполовину и опыты в такой последовательности повторяются при открытий заслонки на следующих делениях шкалы дозатора вплоть до полного открытия. Данная методика может быть использована для определения пропускной способности бункеров любой геометрической формы, с любой конструкцией дозатора и с семенами различных видов зерновых культур.
Методика измерения площади поверхности семян Для проведения опытов были подготовлены порции семян по 100, 200 и 300 шт.
Площадь поверхности семян определяется в следующем порядке. В мензурку с водой засыпаются 100 штук семян и замеряется объем вытесненной воды, что будет равняться объему 100 штук зерен. Делением значения этого объема на 100 вычисляется объем одной зерновки, который принимается эквивалентной объему шара. Затем рассчитывается эквивалентный диаметр одной зерновки по формуле: (3.2) где – эквивалентный диаметр одной зерновки, м; – эквивалентный объем одной зерновки, м3. Далее определяется площадь поверхности одной зерновки по формуле:
Данной партией семян опыты проводились в трехкратной повторности. Затем в такой же последовательности опыты повторялись с порциями 200 и 300 штук семян. Затем рассчитывается среднее значение полученных результатов. Полученные результаты обрабатывались методом математической статистики.
По этой разработанной методике можно определить площадь поверхности семян различных зерновых культур.
Измерение площади поверхности семян
Результаты анализов полученных данных показывают, что коэффициенты вариаций массы протравленных семян, взятых с разных мест, имеет не высокое значение. Следовательно, можно утверждать, что равномерность распределения рабочей жидкости в массе семян происходит равномерно и качество протравливания очень высокое.
Анализ результатов экспериментов показывает, что средняя генеральная совокупность при измерении равномерности распределения рабочей жидкости по массе семян находится в
Равномерность распределения рабочей жидкости в массе семян не дает полного представления о качестве протравливания. Так как в массе могут быть семена как равномерно покрытые со всех сторон, так и не полностью покрытые препаратом. Идея исследования равномерности распределения препарата по отдельным семенам состоит в том, чтобы определить неравномерно обработанные семена по цвету, на который окрашивает их препарат. Применяемый препарат имеет красный цвет, соответственно, семена при протравливании будут окрашиваться в красный.
Среднее значениеколичества семян, шт(%) 78 83 84 88 92 Среднееквадратическоеотклонение, S 8,52 6,74 5,88 7,61 4,27 Коэффициент вариаций V, % 10,9 8Д 7,0 8,6 4,6 Ошибка средней , шт 2,69 2,13 1,86 2,41 1,49 Средняя генеральная совокупность 78±6,1 83±4,8 84±4,2 88±5,4 92±3,4 106 Анализируя результаты определения равномерности распределения рабочей жидкости можно сказать, что при одинаковой производительности протравливателя при уменьшении расхода рабочей жидкости равномерность распределения уменьшается. Допустимое отклонение равномерности распределения находится в пределах ±20%. В наших опытах значения удовлетворяющие рекомендуемым пределам были получены при расходе рабочей жидкости свыше 7 л/т. Проведенные опыты еще раз подтверждают результаты теоретических исследований по определению требуемого количества расхода рабочей жидкости, который составляет 7,5…100 л/т. При меньших расходах равномерность распределения рабочей жидкости и качество протравливания уменьшается.
Анализ результатов экспериментов показывает, что средняя генеральная совокупность при исследовании распределения рабочей жидкости по поверхности отдельных семян находится в допустимых пределах при выбранном значении критерии Стьюдента t=2,26.
Анализ травмируемости семян
Одним из факторов, снижающих качество семян, является их травмирование рабочими органами сельскохозяйственных машин в процессе уборки, послеуборочной обработки, протравливании, погрузке на посевные машины. По данным некоторых исследований [91, 27] за один проход через шнек травмирование различных семян лежит в пределах от 1,2 до 6%. Травмирование снижает их полевую всхожесть; всходы от травмированных семян имеют менее мощную корневую систему и слабую силу роста, созревают неравномерно и позднее; растения озимых культур из травмированных семян обладают пониженной зимостойкостью. Поэтому при разработке нового пневмомеханического протравливателя особое значение уделялось уменьшению травмирования семян зерновых культур при протравливании.
Травмирование разделяется на макротравмы и микротравмы. Макротравмы: отбитые части зерна, частично или полностью удалена защитная пленка, зерно поражено грызущими насекомыми. Микротравмы: механическое повреждение различных частей зерна и защитной пленки, внутренняя трещиноватость, повреждение микроорганизмами. Методы определения: макротравмы – визуально и 10-ти кратное увеличение оптикой; микротравмы – метод красок, рентгенография и т.п. [91]
По материалам некоторых ученых [91, 78] лабораторная всхожесть семян заметно повышается при протравливании, особенно травмированных семян. Характерно, что полевая всхожесть целых семян составляет не более 80%, которая на 10…12% ниже лабораторной всхожести. Это свидетельствует о том, что микротравмирование семян не определяется обычными методами и не проявляется лабораторными анализами, а проявляется в условиях поля.
Исходя из выше изложенного, нами были определены макротравмы семян под увеличительным стеклом при однократном пропуске через протравливатель. Эксперименты выполнялись параллельно с исследованиями по определению равномерности распределения рабочей жидкости по семенам. Только в данном случае использовались обе партии семян. Изучение травмируемости проводилось по методике, изложенной в подразделе 3.3.3.
Результаты экспериментов представлены в таблице 4.7. Анализ полученных результатов показывает, что процент дробленных и травмированных семян после однократного пропуска через протравливатель пневмомеханического типа для пшеницы не превышает более 0,5 %, что соответствует агротехническим требованиям.
