Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса. цель и задачи исследований 11
1.1 Виды и способы посева семян мелкосеменных масличных культур 11
1.2 Обзор сеялок для посева семян мелкосеменных культур 15
1.3 Конструктивные схемы сошников для посева семян мелкосеменных масличных культур 23
1.4 Цель и задачи исследований 36
2 Теоретические исследования технологического процесса посева семян мелкосеменных масличных культур сеялкой, оснащенной сошниками с копирующими колесами 37
2.1 Выбор объекта исследования 37
2.2 Исследование движения семян по семенаправителю сошника с копирующими колесами 41
Выводы 52
3 Программа и методика экспериментальных исследований 53
3.1 Программа экспериментальных исследований сошника с копирующими колесами 53
3.2 Методика проведения лабораторных исследований 57
3.2.1 Определение физико-механических свойств семян рыжика 57
3.2.2 Описание лабораторной установки 59
3.2.3 Определение числа семян рыжика, заделанных на заданной глубине 59
3.2.4 Методика планирования многофакторного эксперимента по оптимизации конструктивных и режимных параметров экспериментального сошника 62
3.2.5 Методика исследования распределения семян по длине рядка сошником с копирующими колесами 65
3.3 Методика проведения лабораторно-полевых исследований экспериментального сошника 66
3.3.1 Методика определения физико-механических свойств почвы 67
3.3.2 Уточнение параметров экспериментального сошника сеялки для посева мелкосеменных масличных культур 69
3.3.3 Определение глубины заделки мелкосеменных масличных культур 70
3.3.4 Методика определения динамики всходов рыжика 70
3.3.5 Определение распределения растений в ряду 71
3.3.6 Определение урожайности рыжика 72
Выводы 73
4 Результаты экспериментальных исследований 74
4.1 Характеристика изучаемого сорта семян
4.2 Результаты лабораторных исследований экспериментального сошника 75
4.2.1 Определение физико-механических свойств семян рыжика 75
4.2.2 Планирование многофакторного эксперимента по оптимизации конструктивных и режимных параметров экспериментального сошника 78
4.2.3 Исследование распределения семян по длине рядка сошником с копирующими колесами 92
4.3 Результаты проведения лабораторно-полевых исследований 93
4.3.1 Определение физико-механических свойств почвы 97
4.3.2 Уточнение параметров сошника сеялки для посева мелкосеменных масличных культур 97
4.3.3 Определение глубины заделки мелкосеменных масличных культур 101
4.3.4 Определение динамики появления всходов рыжика 102
4.3.5 Определение распределения семян по длине рядка 103
4.3.6 Определение урожайности рыжика 104
Выводы 105
5 Экономическая эффективность применения сеялки с сошниками для посева мелкосеменных масличных культур 107
5.1 Расчет балансовой стоимости сеялки СЗ-5,4-06 с экспериментальными сошниками 107
5.2 Расчет основных показателей эксплуатационных затрат 113
5.3 Расчет годового экономического эффекта от применения сеялки СЗ-5,4-06 с экспериментальными сошниками 115
5.4 Расчет срока окупаемости дополнительных капвложений 115
Выводы 117
Заключение 118
Рекомендации производству 119
Перспективы дальнейшей разработки темы 120
Список литературы
- Конструктивные схемы сошников для посева семян мелкосеменных масличных культур
- Методика проведения лабораторных исследований
- Методика определения динамики всходов рыжика
- Расчет основных показателей эксплуатационных затрат
Введение к работе
Актуальность темы. Мелкосеменные масличные культуры занимают особое место в сельском хозяйстве на территории России. Масло, которое получают из их семян, представляют особую ценность.
В технологическом процессе возделывания семян мелкосеменных масличных культур важную роль играет посев, в частности, заделка семян сошниками на заданную глубину. Так как глубина посева семян этих культур небольшая (1…3 см), то отклонение от требуемых значений приводит к ухудшению прорастания семян.
Существующие в настоящее время сошники сеялок не достаточно полно отвечают агротехническим требованиям (число семян, заделанных на заданной глубине, распределение семян в рядке) при посеве семян мелкосеменных масличных культур, так как отсутствуют устройства, позволяющие сошникам более точно копировать поверхность поля, при соблюдении глубины заделки семян. Поэтому исследования, посвященные разработке сошника сеялки с копирующим устройством для посева семян мелкосеменных масличных культур с обоснованием его параметров, являются актуальными и имеют важное экономическое и хозяйственное значение для агропромышленного комплекса России.
Степень разработанности темы. В развитие современных конструкций посевных машин и комплексов, в том числе сошников, большой вклад внесли Г.М. Бузен-ков, В.П. Горячкин, Е.С. Зыкин, Н.П. Крючин, В.И. Курдюмов, Н.П. Ларюшин, А.Б. Лурье, Н.И. Любушко, Н.Г. Мязин, В.А. Овчинников, М.В. Сабликов, R.T. Flowers, E. Fraser Michael, R. Poggio, А. Carlos и другие ученые.
В настоящее время разработаны посевные машины с различными конструкциями сошников для посева семян мелкосеменных масличных культур. Среди них следует отметить известные двухдисковые сошники с опорной лыжей, дисковые сошники с ребордами, комбинированные однодисковые сошники, комбинированные дисково-анкерные сошники для посева семян мелкосеменных масличных культур.
Среди зарубежных посевных машин нашли распространение сеялки таких фирм, как Amazone (модель D9), Gaspardo (модель Mega 6), John Deere (модель 455).
Однако анализ приведенных данных по качественным показателям посева семян показал, что применение современных сошников сеялок для посева семян мелкосеменных масличных культур не в полной мере отвечает агротехническим требованиям по числу семян, заделанных на заданной глубине, а также по распределению семян в рядке. Поэтому разработка сошника сеялки для посева семян мелкосеменных масличных культур является актуальной и требует дальнейших теоретических и экспериментальных исследований.
Работа проводилась по плану НИОКР ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ, тема № 32 «Ресурсосберегающие технологии и технические средства для производства продукции растениеводства и животноводства».
Цель исследований – разработка сошника сеялки для посева семян мелкосеменных масличных культур с обоснованием конструктивных и режимных параметров, обеспечивающих повышение качества посева семян мелкосеменных масличных культур.
Задачи исследований:
1. Обосновать конструктивно-технологическую схему и конструкцию сошника с копирующими колесами для сеялки, осуществляющей посев семян мелкосеменных масличных культур.
-
Обосновать теоретически конструктивные и режимные параметры сошника с копирующими колесами сеялки для посева семян мелкосеменных масличных культур.
-
Разработать и изготовить опытно-конструкторский образец сошника с копирующими колесами для сеялки, осуществляющей посев семян мелкосеменных масличных культур, выполнить лабораторные исследования по влиянию основных параметров экспериментального сошника на качественные показатели посева и определить их оптимальные значения.
-
Провести исследования сеялки с экспериментальными сошниками для посева семян мелкосеменных масличных культур в лабораторно-полевых условиях, определить экономическую эффективность использования сеялки с экспериментальными сошниками.
Объект исследований – технологический процесс посева семян мелкосеменных масличных культур сеялкой, оснащенной сошниками с копирующими колесами.
Предмет исследований – оценочные показатели качества посева семян мелкосеменных масличных культур, конструктивные и режимные параметры сошника с копирующими колесами.
Научную новизну работы составляют: – теоретические зависимости по определению конструктивных параметров экспериментального сошника сеялки для посева семян мелкосеменных масличных культур;
– конструктивно-технологическая схема и конструкция экспериментального сошника;
– оптимальные значения конструктивных и режимных параметров экспериментального сошника, оказывающие влияние на качественные показатели посева семян мелкосеменных масличных культур;
– значения оценочных показателей посева семян мелкосеменных масличных культур сеялкой, оснащенной экспериментальными сошниками.
Новизна технического решения подтверждена решением ФИПС о выдаче патента на изобретение по заявке № 2015146573/13 от 02.03.2017.
Теоретическая и практическая значимость. На этапе теоретических исследований установлены зависимости, позволяющие определить основные параметры сошника с копирующими колесами, влияющие на качественные показатели посева. Результаты экспериментальных исследований послужили основой для разработки сеялки с сошниками для посева семян мелкосеменных масличных культур, применение которой позволило получить число семян, заделанных на заданной глубине (80,3…81,7 %), и равномерность распределения семян в рядке (61…63 %). Применение сеялки с экспериментальными сошниками обеспечивает прибавку урожайности рыжика в среднем на 19 % по сравнению с базовой сеялкой СЗТ-5,4 за счет повышения качественных показателей посева.
Реализация результатов исследований. На ООО «Агро Комплект» Пензенской области изготовлена сеялка с экспериментальными сошниками для посева семян мелкосеменных масличных культур, прошедшая производственную проверку и внедренная в Пензенском НИИСХ.
Методология и методы исследований. Работа велась с применением теоретических и экспериментальных методик исследований. За основу теоретических исследований взяты общепринятые основные законы классической механики и математики. Экспериментальные исследования проводились на основе сравнительных лабораторно-полевых исследований качества посева семян мелкосеменных масличных культур сеялкой, оснащенной экспериментальными сошниками с копирующими колеса-4
ми. Экспериментальные исследования выполнены с использованием стандартных методик (ГОСТ 31345–2007, СТО АИСТ 5.6–2010). Анализ и обработка результатов исследований проводились на персональном компьютере с использованием программ Statistica 6.0 RUS, Microsoft Office и др.
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
-
Конструкция сошника с копирующими колесами для сеялки, осуществляющей посев семян мелкосеменных масличных культур.
-
Теоретические зависимости по определению расположения семянаправителя относительно поперечно-вертикальной плоскости симметрии дисков сошника, расстояния между осями копирующих колес и опорно-прикатывающего колеса, минимально необходимого значения радиуса копирующего колеса экспериментального сошника.
-
Математические зависимости качественных показателей посева (число семян, заделанных на заданной глубине, распределение семян в рядке) от конструктивных и режимных параметров экспериментального сошника.
4. Оптимальные конструктивные и режимные параметры сошника с копирую
щими колесами для сеялки, осуществляющей посев семян мелкосеменных масличных
культур (расстояние от точки сброса семян семянаправителя до поперечно-
вертикальной плоскости симметрии дисков сошника, поступательная скорость сош
ника, расстояние между осями копирующих колес и опорно-прикатывающего колеса).
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов исследований подтверждается теоретическими и экспериментальными исследованиями, использованием сертифицированных средств измерения и контроля данных, практической реализацией конструкторской разработки в лабораторных и лабораторно-полевых условиях.
Основные положения диссертационной работы докладывались и были одобрены на региональных, всероссийских и международных научно-практических конференциях ФБГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2013–2016), VII Международной научно-практической конференции «ИнформАгро-2014» ФГБНУ «Росинформагротех» (2014); в отчетах на выполнение НИОКР по программе «У.М.Н.И.К.» (2014); Международной научно-практической конференции «Вклад молодых ученых в аграрную науку» ФГБОУ ВПО «Самарская ГСХА» (2015); ФГБОУ ВПО «Башкирский ГАУ» (2015), ФГБОУ ВПО «Ставропольский ГАУ» (2015); технические решения и результаты исследований демонстрировались на межрегиональной выставке «ПензАГРО» (2015); Международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию со дня рождения профессора А.Г. Рыбалко, ФГБОУ ВО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова» (2016); Международной научно-практической конференции, посвященной памяти доктора технических наук, профессора, заслуженного деятеля науки и техники Российской Федерации Фархада Хикматовича Бурумкулова, «Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы» ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский институт МГУ им. Н.П. Огарева» (2016).
Личный вклад соискателя состоит в непосредственном исполнении всех этапов работы, а именно: обзор и анализ существующих средств для посева семян мелкосеменных масличных культур, постановка проблемы, формулировка научной цели и задач исследований, выявление перспективных направлений улучшения качества посева семян мелкосеменных масличных культур, теоретическое обоснование технологического процесса посева семян, оказывающего влияние на повышение качества посева, выявление оптимальных параметров сошника сеялки, предназначенной для посева семян мелкосеменных масличных культур, в лабораторных и лабораторно-5
полевых условиях, а также определение экономической эффективности от использования разработанных технических решений.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендуемых перечнем ВАК при Минобрнауки РФ и 2 без соавторов. Получено решение ФИПС о выдаче патента на изобретение по заявке № 2015146573/13 от 02.03.2017. Общий объем публикаций составляет 5,1 п.л., из них автору принадлежит 3,01 п.л.
Объем и структура диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов, заключения, списка использованной литературы из 124 наименований и приложения на 23 страницах. Диссертация изложена на 133 страницах, содержит 28 таблиц и 54 рисунка.
Конструктивные схемы сошников для посева семян мелкосеменных масличных культур
В ближайшие годы, федеральными программами по стабилизации и дальнейшем развитии АПК России, предусматривается увеличить валовые сборы сельскохозяйственной продукции, а в перспективе довести урожайность культур до среднемировых показателей.
Для решения поставленных задач требуется значительное повышение качества выполняемых процессов и создание условий для более полного раскрытия потенциала урожайности возделываемых культур, технологическое перевооружение на базе ресурсосберегающей современной техники.
Посев семян мелкосеменных масличных культур является одной из наиболее значимых операций при возделывании с.х. культур, но и одновременно технологически сложных. Во время посева выполняется несколько технологических процессов, включающих дозирование семян, формирование бороздки, укладку в нее семян с последующей заделкой. Качественное внесение семян в образованную борозду с последующим их заделыванием обеспечивает повышение полевой всхожести семян и оптимальное размещение растений по площади питания. Однако существующие технологии и устройства для посева семян мелкосеменных масличных культур выполняют данную операцию недостаточно качественно. Сошники применяемых посевных машин не в полной мере обеспечивают распределение семян по глубине посева с соблюдением агротехнических требований, что приводит к снижению урожайности. На сегодняшний день данные вопросы особенно актуальны, так как сложившаяся обстановка в аграрном секторе страны требует выполнения таких задач как получение стабильных высоких урожаев, экономии материальных и энергетических ресурсов [1-4].
Для нормального роста и стабильного развития растения необходимы нужные количества влаги, питательных веществ, теплоты и света, а также необходимая площадь питания. Для получения максимальной урожайности, площадь питания растений должна быть рациональной, которая зависит от нормы высева (количество семян на один гектар, обеспечивающее нормальную густоту всходов и максимальный урожай), распределения семян в рядке по длине и глубине заделки [5-7].
Посев семян с нарушением вышеперечисленных условий ведет к снижению урожайности. Отклонение от заданной нормы высева семян мелкосеменных масличных культур не должно превышать 9 %. Большое значение имеет и глубина заделки семян. На легких и сухих почвах глубина заделки должна быть больше, чем на тяжелых и влажных. Отклонение глубины заделки допускается в пределах ±15 % [8]. Число семян мелкосеменных масличных культур, заделываемых на заданную глубину ± 0,5 см, должно составлять не менее 80 %. Высеянные семена должны иметь хороший контакт с почвой. Посев следует проводить в установленные агротехнические сроки.
Существуют следующие виды посева: расположение семян в вертикальной плоскости; расположение семян в горизонтальной плоскости.
В зависимости от особенностей сельскохозяйственных культур и почвенно-климатических условий выбирают способ посева. Для районов нормального увлажнения характерен посев на гладкую поверхность (рисунок 1.1, а).
В зонах повышенного увлажнения применяют гребневой способ (рисунок 1.1,б, в). Семена уложены в верхних слоях гребней. Посев, при поливе, выполняют на выровненную поверхность поля. Семена размещены в несколько рядов, нарезая одновременно поливные борозды. Посев в борозды применяют в засушливых районах в основном для пропашных культур (рисунок 1.1, г). Размещение семян в бороздах способствует лучшему увлажнению, предотвращается их вымерзание [15]. Рисунок 1.2 -Способы посева семян мелкосеменных масличных культур: а рядовой; б - перекрестный; в - узкорядный; г - ленточный; д безрядковый
При посеве мелкосеменных масличных культур наиболее распространенным способом является рядовой. Рядовой вид посева (рисунок 1.2 а) заключается в расположении семян параллельными рядами. Расстояние между семенами в рядке составляет 15… 20 мм, а между рядами от 120 до 150 мм. При образовании сошниками борозды мелкие семена высеваются равномерно и на заданную глубину. За счет хорошей всхожести и развития растений обеспечивается высокая урожайность культуры [8-14].
Также применяется узкорядный посев. Данный вид посева производят с междурядьем 75 мм. Такой способ посева эффективно использовать при повышенном плодородии почвы. Также при улучшении агротехники и при увеличении нормы высева более заметно проявляется положительный эффект. Но, по мере увеличения нормы высева, разница в урожае возделываемой культуры между рядовым и узкорядным посевом уменьшается. При узкорядном посеве влага испаряется меньше, из-за затенения междурядий смыкающимися рядами возделываемой культуры. Это приводит к уменьшению засоренности сорняками полей. То есть, узкорядный посев представляет собой видоизмененный обычный рядовой посев, в котором недостатки снижены, связанные с необоснованной шириной между рядками. [15].
Перекрестный вид посева широко применялся в пятидесятых годах двадцатого века. Перекрестный вид посева проводят в двух направлениях, взаимно перпендикулярных друг другу. Ширина междурядий составляет150 мм. При первом проходе высевают половину заданной нормы высева в каждом направлении. При этом, по сравнению с рядовым способом посева, расстояние между семенами в ряду увеличивается в 2 раза. При перекрестном способе посева значительное повышение урожая возделываемых сельскохозяйственных культур происходит из-за более равномерного распределения семян по площади [16]. Недостатками перекрестного способа посева являются двойные затраты труда, энергии, ТСМ и времени. Вторичная работа сошников в почве, с точки зрения сохранения влаги перекрестный ход посевного агрегата есть явление отрицательное. Эти недостатки перекрестного посева не связаны с самой сущностью этого способа. Причина их в отсутствии посевных машин, позволяющих производить перекрестный посев за один проход.
Ленточный способ - рядовой посев, при котором происходит чередование широких междурядий между лентами и узких (рисунок 1.2 г). В зависимости от числа рядов (строчек) в ленте различают двух, трехстрочные и т.д. Расстояние между строчками в ленте составляет 50 - 150 мм. Между лентами 450 - 600 мм и более. Данный способ применяется для посева культур, у которых небольшая площадь питания, появляется необходимость расстановки сошников, что говорит о его недостатках.
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 [17].
Методика проведения лабораторных исследований
При этом механизм 9 вертикального регулирования содержит винтовую пару (рисунок 2.2). Винтовая пара содержит вращающийся винт 13 (входное звено) и вращающуюся гайку 14. Вращающаяся гайка 14 жестко соединена с ползуном 15, который образует со стойками 16 поступательную пару. Ползун 15 перемещается в направляющих 17 жестко соединенными с горизонтальной плитой 10, при этом ползун 15 соединен жестко с помощью болтового соединения 18 со стойками 16. Ползун 15 может останавливаться в направляющих 17 стопором 19. В верхней части вращающегося винта 13 установлен жестко штурвал 20. На свободных концах стоек 16 поступательной пары установлены жестко втулки 21, в которых установлены жестко оси 22. На осях 22 с помощью подшипников 23, установленных в корпусах 24, установлена пара копирующих колес 25. Пара копирующих колес 25 имеет внутреннюю сторону 26, выполненную в виде чаши. Семяпровод 31 имеет на нижней части кромку 32 сброса семян, при этом кромка 32 сброса семян и середина 33 площадок 34 контакта копирующих колес 25 с почвой лежат в одной поперечно-вертикальной плоскости относительно направления посева 30.
Сельскохозяйственная посевная машина работает следующим образом. При движении сельскохозяйственной посевной машины 1 в направлении посева 30 пара лемехов 27 узла 2 дискового сошника нарезают в почве борозду для семян.
Семена подаются в семяпровод 31 из семенного ящика (не показан) с заданной нормой высева, далее семена из семяпровода 31 поступают в сформированную борозду на заданную глубину. Заданная глубина устанавливается за счет изменения положения пары копирующих колес 25 по вертикали, при этом узел 3 копирующих колес связан с корпусом 5, выполняющим функцию рамы, узла 2 дискового сошника с возможностью вертикального регулирования с помощью установленного дополнительно механизма 9 вертикального регулирования.
Однако размещение семян в борозде показывает, что глубина их заделки не всегда совпадает с глубиной хода сошника. Объясняется это тем, что сыпучая почвенная масса, огибая лемеха 27 узла 2 дискового сошника, заходит во внутреннее пространство узла 2 дискового сошника и располагается по некоторой наклонной поверхности. Чтобы обеспечить заданную глубину заделки, семена необходимо направить к передней части пары лемехов, куда осыпь не попадает и где дно борозды горизонтально.
Семена направляются строго к передней части лемехов сошника, если кромка 32 сброса семян в борозду семяпровода 31 и середина 33 площадки 34 контакта с почвой пары копирующих колес 25 лежат в одной поперечно-вертикальной плоскости относительно направления посева 30.
Это условие выполняется при перемещении пары копирующих колес 25 в вертикальной плоскости при изменении глубины посева с помощью механизма 9 вертикального регулирования, при этом кромка 32 сброса семян семяпровода 31 и середина 33 площадки 34 контакта с почвой пары копирующих колес 25 остаются в одной поперечно-вертикальной плоскости, и семена направляются строго к передней части лемехов узла дискового сошника.
Установленный дополнительно механизм 9 вертикального регулирования позволит обеспечить заданную глубину посева за счет максимального совмещения кромки 32 сброса семян семяпровода 31 с серединой 33 площадки 34 контакта с почвой пары копирующих колес 25, при этом семена из семяпровода 31 направляются строго к передней части лемехов 27 узла 2 дискового сошника, куда осыпь не попадает и дно борозды горизонтально. При этом семена распределяются на заданную глубину.
Ширина профиля шины пары копирующих колес 25 имеет величину, равную не более величины расстояния между дисковыми сошниками в одном ряду.
Борозда с уложенными семенами на заданную глубину заделывается зарав-нивателем 37, при этом заравниватель 37 имеет рабочие органы, выполненные ввиде правого и левого загортачей 45, установленных симметрично относительно продольно-вертикальной плоскости симметрии узла 2 дискового сошника. Правый и левый загортачи 45 заравнивателя 37 установлены жестко на корпусе 5 узла 2 дискового сошника с помощью кронштейна 46.
Для прикатывания борозды с уложенными семенами и при этом без нарушения заданной глубины посева установлено прикатывающее устройство 38, выполненное в виде одинарного гладкого прикатывающего катка 39 с шиной 40 атмосферного давления. Одинарный гладкий прикатывающий каток 39 установлен на корпусе 5 дискового сошника и имеет третью ось 41 вращения, причем третья ось 41 вращения установлена позади первой оси 8 вращения вдоль направления посева 30 на расстоянии, равном исходя из условия исключения попадания почвы, которая отбрасывается в продольном направлении при работе лемехами 27 узла 2 дискового сошника под одинарный гладкий прикатывающий каток 39.
Ширина а профиля шины 40 атмосферного давления одинарного гладкого прикатывающего катка 39 больше ширины дна борозды, образованной упомянутой парой лемехов 27 узла 2 дискового сошника относительно направления посева 30.
Одинарный гладкий прикатывающий каток 39 шарнирно соединен с корпусом 5 узла 2 дискового сошника с возможностью регулирования. Регулирование одинарного гладкого прикатывающего катка 39 осуществляется с помощью дополнительно установленного механизма 44 регулирования и содержит систему прижима вниз. При этом упомянутый механизм 44 регулирования одинарного гладкого прикатывающего катка 39 установлен жестко на корпусе 5 упомянутого узла 2 дискового сошника.
Одним из главных факторов качественного посева семян мелкосеменных масличных культур является число семян, заделанных на заданную глубину. Глубина посева семян мелкосеменных масличных культур по АТТ – от 10 до 30 мм. При отклонении от АТТ, предъявляемых при посеве, снижается урожайность возделываемой культуры. Многочисленными научными исследованиями доказано, что соблюдение требуемой глубины заделки семян дает прибавку урожая от 10 до 26% за счет более благоприятных условий развития растений [52-56].
Для увеличения числа семян, заделанных на заданной глубине, при посеве мелкосеменных масличных культур необходимо, чтобы семена направлялись в переднюю часть сошника, куда осыпь с боковых стенок борозды еще не попала, при этом дно борозды горизонтальное. Кроме того, для обеспечения данного условия необходимо знать скорость движения семян по семянаправителю с учетом поступательной скорости сошника [57-60].
На основании этого было проведено теоретическое исследование движения семян по семянаправителю. Чтобы применить законы классической механики и математики, рассмотрим движение на примере одного семени по участкам семя-направителя, считая его материальной точкой, а движение сошника равномерным. На вертикальном участке АВ семянаправителя (рисунок 2.3) на семя с центром в точке О массой т действуют сила тяжести Р и сила сопротивления воздуха R; расстояние от точки А (при V - V0) до точки В равно / [61-68]. Рассмотрим движение семени на вертикальном участке АВ, считая его материальной точкой. Согласно рисунку 2.3 на семя действуют силы P = mg и R. Проводим оси х и у и составляем дифференциальные уравнения движения семени в проекции на эти оси:
Методика определения динамики всходов рыжика
После получения значений факторов изучали поверхности отклика в зоне оптимальных значений с помощью способа двумерных сечений. Для этого подставляли его в уравнение один из факторов, приравнивая его к нулю.
С помощью двумерных сечений изучали поверхности отклика посредством программы Statistika RUS (Version 6.0). Анализ и результаты проведения планирования многофакторного эксперимента по оптимизации параметров сошника с копирующими колесами представлены в главе 4.
Экспериментальные исследования по определению равномерности распределения семян мелкосеменных масличных культур экспериментальным сошником с копирующими колесами проводились согласно ОСТ 70.5.1-82 на лабораторной установке (рисунок 3.4, 3.5).
Опыты проводились в следующей последовательности. Засыпали семенной материал в бункер (не менее от его общего объема) и производили пуск высевающего аппарата с целью заполнения его семенами. С пульта управления одновременно включали привод как высевающего аппарата, так и тележки. Семена, проходя через высевающий аппарат, семяпровод и сошник, укладывались на липком щите, на котором нанесены учетные квадраты размером 2,5x2,5 см [95].
В соответствии с ОСТ 70.5.1-82 и методикой Н.И. Любушко за критерии неравномерности распределения семян по длине рядка были приняты коэффициент вариации и процент учетных квадратов с числом семян, равным нулю и единице. Основываясь на методике Н.И. Любушко, можно утверждать, что распределение семян по длине рядка при посеве описывается законом Пуассона: Р = — -e \ (3.11) m m\ где А, – среднее число семян в отрезке; т - случайное число семян, считается, что 0 = 1; е - основание натуральных логарифмов, е « 2,718.
Методика оценки равномерности распределения семян по длине рядка состоит в следующем. Вначале делали выборку квадратов с одинаковым числом семян. Затем подсчитывали их число nw. Далее подсчитывали частоты квадратов по формуле Р= -, (3.12) п где nw - число семян, расположенных в квадратах по 0, 1, 2 и более зерен; п - общее число квадратов, подвергшихся учету (не менее 300 штук). Находят среднюю плотность ш - среднее число семян или всходов: т= — , (3.13) п где N - общее число семян в квадратах. При оценке равномерности распределения семян необходимо знать, совпадают ли с оптимальными (расчетными) опытные частоты пустых квадратов и квадратов с одним растением. Анализ и результаты исследования распределения семян по длине рядка представлены в главе 4.
Исследования проходили на полях Пензенского НИИСХ Лунинского р-на, Пензенской области в 2015 г. с использованием сеялки СЗ-5,4-06 с разработанными экспериментальными сошниками, с приводом высевающих аппаратов с помощью рычажного вариатора (Патент РФ № 2467227) и использованием высевающих аппаратов (Патент РФ № 2468561) для посева семян мелкосеменных масличных культур и серийной сеялки СЗТ-5,4 с использованием СТО АИСТ 5.6-2010. «Сеялки тракторные. Методы испытаний». Для проведения лабораторно-полевых исследований использовали семена рыжика озимого сорта «Пензяк» с нормой высева 11 кг/га.
Влажность почвы оценивается количеством содержащейся воды в единице веса сухого вещества. Пробы на влажность почвы брали в слоях 0–5 см, 5–10см, 10–15 см и клали в алюминиевые бюксы. Упаковываются в полиэтиленовые мешочки и доставляются в лабораторию. Для определения влажности почвы в условиях лаборатории использовали шкаф сушильный ШС-80 (рисунок 3.6).
Принцип действия ШС-80 основан на равномерном высушивании пробы с помощью повышения температуры внутри камеры. Шкаф представляет собой сушильную камеру, которая защищена слоем теплоизоляции. Для загрузки бюксов предусмотрена дверка, плотно запирающаяся поворотом ручки, во время проведения испытания. Рабочая температура в сушильном шкафу обеспечивается нагревательным элементом электрического типа. Поддерживается температура на заданном уровне с помощью терморегулятора.
Перед началом работы необходимо открыть дверь шкафа и загрузить бюк-сы с почвой в камеру. Затем закрыть дверь. Для чего нужно повернуть ручку до упора по часовой стрелке. Включить шкаф выключателем «сеть». Нажимаем клавишу «Р» на лицевой панели двери. При этом на цифровом табло высветится за 68 данная ранее температура в мигающем режиме. Крайнем правом разряде цифрового индикатора высветится точка, что свидетельствует о возможности корректировки программы. Устанавливаем клавишами «» на цифровых индикаторах требуемую температуру в рабочей камере.
Порядок проведения определения влажности почвы заключается в следующем: сушильный шкаф разогревали до температуры 105 С. Взятые образцы почвы высыпали в бюксы и закрывали крышками. Стаканчики весовые алюминиевые с крышками ВС-1. Открывали дверку, устанавливали поднос с бюксами в специально отведенные для этого место, следя за тем, чтобы все вкладыши вошли в углубления стола без уклона. Закрывали дверцу. Записывали время начала подсушивания. Сушили в шкафу бюксы с почвой. После чего вынимали из шкафа, охлаждали и взвешивали с погрешностью не более 0,1 г. Исследования продолжаются до тех пор, пока масса почвы не станет постоянной, или разница между взвешиваниями не будет превышать 0,2 г.
Твердость почвы оказывает влияние на воздушный, водный и тепловой режимы почвы, на тяговое сопротивление сеялки, оказывает механическое сопротивление росту корневой системы растений, что затрудняет всхожесть семян.
При определении твердости почвы используется твердомер почвы Wile Soil (рисунок 3.7), для чего необходимо ослабить винт защитного зажима на щупе и опустить зажим на расстояние как минимум 2,5 см от пластикового корпуса.
Расчет основных показателей эксплуатационных затрат
В результате наблюдений за посевами рыжика озимого сорта «Пензяк» проведенными сеялкой с экспериментальными сошниками и сеялкой с серийными сошниками отмечаем, что интенсивность появления всходов в первом случае несколько лучше. После прохода экспериментальной сеялки всходы появились на один день раньше, чем после прохода серийной сеялки. На девятый день отмечена максимальная разница в количестве всходов за сутки – 9%. Это объясняется тем, что при большей равномерности распределения семян по глубине заделки и длине рядка растения находятся в более благоприятном климате для роста и развития, чем семена, заделанные серийными сошниками сеялки СЗТ-5,4 .
В соответствии с описанной выше методикой проведены исследования по определению равномерности распределения семян по длине рядка (таблица 4.21). Таблица 4.21 – Результаты определения равномерности распределения семян по длине рядка
Исходя из анализа данных, можно сделать вывод, что количество площадок без растений у экспериментальной сеялки – 5,5 %, у базовой – 8,5 %, количество площадок с одним растением у экспериментальной сеялки – 9,3 %, у базовой – 12,5 %, количество площадок с двумя и тремя растениями у экспериментальной – 65,7%, у базовой – 54,0 %.
Анализируя полученные данные (рисунок 4.18), установили, что у экспериментальной сеялки неравномерность распределения семян по длине рядка составила 37…39 %, а у серийной – 40…45 %. Полученные результаты распределения семян по длине рядка подтверждают эффективность применения экспериментального сошника.
В качестве главного показателя эффективности применения экспериментального сошника сеялки для посева семян мелкосеменных масличных культур принимались полученные в ходе полевых исследований значения биологической урожайности рыжика озимого сорта «Пензяк».
Урожайность мелкосеменных масличных культур (рыжик озимый) определялась на опытном участке Пензенского НИИСХ Лунинского р-на, Пензенской области (рисунок 4.19). На экспериментальном участке велось наблюдение за ростом и развитием растений рыжика с момента появления первых всходов до состояния полной спелости семян. Проводились мероприятия по уходу за посевами, выполненными как экспериментальной сеялкой, так и площадями, засеянными с помощью серийной сеялки.
В результате скашивания, обмолота и последующего взвешивания были определены значения биологической урожайности семян рыжика озимого сорта «Пензяк» (таблица 4.22). Урожай семян с опытных делянок Показатель Экспериментальная сеялка Серийная сеялка Биологическая урожайность семян, т/га 1,19 1,0 В результате обработки опытных данных урожайности посева, проведенного экспериментальной сеялкой, получили прибавку в среднем 19 % по сравнению с серийной сеялкой. 1. В результате проведения лабораторных исследований получены следующие результаты: средние значения длины, толщины и ширины семян рыжика озимого сорта «Пензяк» составляют 2,05 мм, 0,97 мм и 1,08 мм соответственно; масса 1000 семян рыжика озимого – 1,1 г; угол естественного откоса семян составляет 33. Определены факторы, оказывающие наибольшее влияние на число семян, заделанных на заданной глубине: расстояние от точки сброса семян семя-направителя до поперечно-вертикальной плоскости симметрии дисков сошника 106 (а = 0,022…0,034 м); поступательная скорость сошника (V = 2,1…2,5 м/с); расстояния между осями копирующих и опорно-прикатывающего колес (L = 0,48…0,51 м) при которых параметр оптимизации имел максимальное значение (80…82 %). 2. Лабораторно-полевые исследования сеялки с экспериментальными сошниками для посева семян мелкосеменных масличных культур подтвердили достоверность теоретических расчётов и лабораторных исследований. Полевые исследования позволили уточнить оптимальные параметры экспериментального сошника. Оптимальным значением скорости агрегата V можно считать интервал значений от 2,06 до 2,67 м/c. Оптимальным значением расстояния от точки сброса семян семянаправителя до поперечно-вертикальной плоскости симметрии дисков сошника согласно данным исследований можно считать интервал значений от 0,02 до 0,03 м. Оптимальным значением расстояния между осями копирующих колес и опорно-прикатывающего колеса можно считать интервал значений 0,49…0,51 м. При данных параметрах сошника с копирующими колесами обеспечивается требуемая количественная доля семян, заделанных в слое (80,3…81,7 %) и равномерность распределения по длине рядка (63…61 %) при посеве.
В рамках лабораторно-полевых исследований проведен посев рыжика озимого сорта «Пензяк» сеялкой СЗТ-5,4 с серийными сошниками и экспериментальной сеялкой СЗ-5,4-06, оборудованной сошниками с копирующими колесами. В результате установлено, что доля семян, заделанных в заданном слое, сеялкой с экспериментальными сошниками составила 80,5…81,7 %, а доля семян, заделанных в заданном слое, серийной сеялкой – 74,8…78,5 %. Неравномерность распределения семян по длине рядка экспериментальной сеялкой составила 39 %, серийной – 45 %. Динамика всходов рыжика оказалась выше на 9 %. Прибавка урожая семян рыжика, при посеве экспериментальной сеялкой, составила 19 %.
Урожай культуры и производительность агрегата являются основными показателями, характеризующие режимы работы сеялки с экспериментальными сошниками.
На основании экспериментальных исследований произведен расчет технико-экономических показателей применения сеялки. Экономическая эффективность определялась на основе сравнения варианта экспериментальной сеялки СЗ-5,4-06 и базовой СЗТ-5,4.
Годовой экономический эффект от применения экспериментальной сеялки СЗ-5,4-06 определяется за счет получения прибыли, полученной от реализации урожая семян рыжика озимого сорта «Пензяк», за минусом дополнительных капитальных вложений на изготовление экспериментального сошника с копирующими колесами [102-120].