Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса, цель и задачи исследований 10
1.1 Способы предпосевной подготовки семян пропашных культур 10
1.1.1 Способы капсулирования семян пропашных культур 12
1.2 Анализ технических средств для высева семян пропашных культур ...
1.2.1 Анализ высевающих аппаратов посевных машин 21
1.2.2 Анализ технических средств для посева капсулированных семян кукурузы 32
Выводы, цель и задачи исследований 36
2 Теоретическое обоснование конструктивно режимных параметров высевающего аппарата для посева капсулированных семян 39
2.1 Обоснование конструктивных параметров высевающего диска 41
2.2 Согласование частоты вращения диска высевающего аппарата и скорости посевного агрегата 47
2.3 Определение конфигурации и размеров ворошителя высевающего аппарата 51
2.4 Определение вместимости бункера технического средства для точного высева капсулированных семян 55
Выводы по разделу 57
3 Программа и методика проведения экспериментальных исследований 59
3.1 Методика исследования физико-механических свойств капсулированных семян кукурузы 59
3.1.1 Методика определения размерных и массовых характеристик капсулированных семян кукурузы 59
3.1.2 Методика определения коэффициента внутреннего трения капсулированных семян кукурузы 60
3.1.3 Методика определения коэффициента трения покоя капсулированных семян кукурузы о разные поверхности и почву
3.1.4 Методика определения усилия разрушения капсулы 63
3.2 Методика экспериментальных исследований высевающего аппарата 64
3.2.1 Методика исследования качественных показателей работы высевающего аппарата 65
3.2.2 Методика планирования многофакторного эксперимента при изучении эффективности работы высевающего аппарата
3.3 Методика определения физико-механических свойств почвы и оценка качества работы агрегатов 73
3.4 Методика обработки экспериментальных данных 74
4 Результаты экспериментальных исследований 77
4.1 Результаты исследования физико-механических свойств капсулированных семян кукурузы 77
4.2 Определение вместимости бункера высевающего аппарата сеялки для высева капсулированных семян кукурузы 81
4.3 Результаты лабораторно-стендовых исследований высевающего аппарата для капсулированных семян кукурузы 83
4.4 Сравнительные эксплуатационно-технологические показатели и показатели качества посева капсулированных семян кукурузы 89
Выводы по разделу 94
5 Технико-экономическая оценка эффективности посева капсулированных семян кукурузы 96
Выводы по разделу 100
Заключение 101
Список литературы
- Анализ технических средств для высева семян пропашных культур
- Согласование частоты вращения диска высевающего аппарата и скорости посевного агрегата
- Методика определения размерных и массовых характеристик капсулированных семян кукурузы
- Определение вместимости бункера высевающего аппарата сеялки для высева капсулированных семян кукурузы
Введение к работе
Актуальность темы исследований. Расширение посевных площадей кукурузы на зерно до 2,7 млн. га не только в традиционных регионах возделывания, но и в северных регионах России, потребовало наряду с применением более продуктивных гибридов оптимизации минерального питания, экономически обоснованного сочетания химических и агротехнических способов борьбы с сорняками, вредителями и болезнями, внедрения новых технологий возделывания. Экономическое преимущество в производстве кукурузы заключается в её высокой продуктивности и закупочных ценах при постоянно растущем спросе.
Технологии возделывания кукурузы базируются на основных приемах, характерных для пропашных культур (обработка почвы, посев и уход за растениями). Появление новой формы посевного материала в виде капсулированных семян, которые увеличивают благоприятные сроки для развития растений, обеспечивают их вызревание и повышают устойчивость растений к перепаду температур, обусловило проблему высева их в почву. В России и за рубежом накопленного практического опыта и результатов научных исследований в этой области знаний недостаточно.
В связи с этим, научные исследования, направленные на совершенствование технологического процесса посева кукурузы, путем применения капсули-рованных семян и использования высокопроизводительных машин для их высева, обеспечивающих экономию семян, удобрений и средств защиты растений и увеличение урожайности, являются актуальной научной задачей, имеющей важное хозяйственное значение.
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве» (ФГБНУ ВНИИТиН) в соответствии с заданиями и темами Россельхозакадемии и Федерального агентства научных организаций (ФАНО) 04.02.01 «Разработать методы адаптации машинно-тракторных агрегатов и новых энергетических средств к изменяющимся условиям их использования в технологиях производства сельскохозяйственных культур» на 2007…2009 гг., 09.03.05.09 «Разработать методические положения по применению современных комплексов сельскохозяйственных машин и оборудования для производства зерновых культур и сахарной свеклы в условиях ЦФО» на 2010 г., 09.04.06.05 «Разработать исходные требования на модернизацию пропашной сеялки для высева макрокапсулированных семян сои и конструкторскую документацию для изготовления опытного образца» на 2011 г., 09.01.03 «Разработать методы, программы, алгоритмы и технические средства для управления продукционными процессами уборки и возделывания различных сельскохозяйственных культур» на 2012…2013 гг., 0648-2014-0009(17) «Разработать новый метод технологического воздействия на почвенную среду и растения» на 2014…2015 гг. и соответствует п. 9 Постановления Правительства от 24 сентября 2013 г. №842, в котором «.. изложены новые научно обоснованные технические, технологические или иные решения и разработки, имеющие существенное значение для развития страны» и п. 7 «Разра-
ботка методов оптимизации конструкционных параметров и режимов работы технических систем и средств в растениеводстве и животноводстве по критериям эффективности и ресурсосбережения технологических процессов» паспорта специальности 05.20.01 «Технологии и средства механизации сельского хозяйства».
Степень разработанности темы. Вопросами исследования процесса высева сельскохозяйственных культур посвящены труды В.П. Горячкина, В.И. Александрова, В.В. Василенко, С.В. Василенко, В.С. Басина, В.А. Белодедова, А.А. Будагова, С.Д. Полонецкого, Г.М. Бузенкова, С.А. Ма, В.В. Труфанова, В.П. Чичкина, А.Г. Цымбала, К.Р. Казарова, В.А. Оришко, О.Н. Кухарева, К.З. Кухмазова, Н.П. Крючина, Ю.А. Тырнова, А.В. Балашова и др., которые внесли значительный вклад в теорию высева. В результате этих исследований сформировались теоретические основы, принципы и методы проектирования высевающих систем, разработаны многочисленные конструкции высевающих аппаратов.
В.И. Старовойтовым, А.А. Манохиной обоснована целесообразность применения биоконтейнеров при возделывании картофеля. Разработанная технология посадки позволяет повысить урожайность до 20%, экономить агрохи-микаты и исключить опасность загрязнения окружающей среды.
Вместе с тем, отдельные вопросы высева капсулированных семян кукурузы, физико-механические свойства и равномерность распределения капсул в рядке, изучены недостаточно полно и слабо реализуются в практике сельского хозяйства. Поэтому совершенствование технологического процесса посева кап-сулированных семян кукурузы за счет повышения точности подачи и размещения их в рядке требует дальнейших исследований.
Предполагается гипотеза, что повысить урожайность пропашных культур можно за счет применения капсулированных семян и использования новых высевающих аппаратов.
Цель исследований – повышение эффективности посева кукурузы за счет разработки и обоснования конструктивно-режимных параметров высевающего аппарата для капсулированных семян.
Задачи исследований:
обосновать конструктивно-технологическую схему высевающего аппарата с учетом физико-механических свойств капсулированных семян кукурузы;
провести теоретические исследования и обосновать параметры работы высевающего аппарата для посева капсулированных семян кукурузы;
экспериментально определить оптимальные конструктивно - технологические параметры и режимы работы высевающего аппарата;
- провести технико-экономическую оценку посевного агрегата с разрабо
танными высевающими аппаратами.
Объект исследований – технологический процесс посева капсулирован-ных семян кукурузы агрегатом с ячеисто-дисковым высевающим аппаратом.
Предмет исследований – закономерности процесса заполнения ячеек дискового высевающего аппарата капсулированными семенами кукурузы.
Научную новизну работы составляют:
конструктивно-технологическая схема высевающего аппарата для капсу-лированных семян кукурузы (патент РФ № 2475012);
математические зависимости, позволяющие обосновать геометрические параметры и режимы работы высевающего аппарата для посева капсули-рованных семян кукурузы;
- теоретическое и экспериментальное обоснование конструктивно-
режимных параметров высевающего аппарата для посева капсулирован-
ных семян кукурузы с учетом их физико-механических свойств.
Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты теоре
тических исследований являются основой для совершенствования посева кап-
сулированных семян кукурузы, расчета конструктивно-режимных и технологи
ческих параметров ячеисто-дискового высевающего аппарата для капсулиро-
ванных семян кукурузы. Разработаны исходные требования на техническое
средство точного высева капсулированных семян.
Полученные результаты исследований и разработок рекомендуются для использования в учебном процессе высших учебных заведений сельскохозяйственного профиля.
Полученные теоретические и экспериментальные результаты исследований использованы при модернизации пропашных сеялок. Исследования по модернизации свекловичных сеялок ССТ-12 отмечены в 2009 году дипломом «Отделения механизации, электрификации и автоматизации Россельхозакадемии» за лучшую завершенную разработку, а соискатель является соавтором разработки.
Методология и методы исследований. Для достижения поставленной цели и решения комплекса задач теоретические исследования проведены на основе методов теоретической механики, математического анализа, планирования эксперимента.
Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и полевых условиях в соответствии с действующими стандартами и существующими методиками.
Для проведения лабораторных исследований использовали экспериментальный стенд и установку, созданные в лаборатории «Использования МТА» ФГБНУ ВНИИТиН. Обработка результатов исследований выполнялась методами математической статистики с использованием ЭВМ, с помощью пакета программ «MathCad», «Microsoft Exel».
Положения, выносимые на защиту.
конструктивно-технологическая схема и экспериментальный образец высевающего аппарата для посева капсулированных семян пропашных культур (патент РФ № 2475012);
результаты экспериментальных исследований физико-механических свойств капсулированных семян кукурузы;
теоретические положения для определения параметров и режимов работы ячеисто-дискового высевающего аппарата для посева капсулированных семян кукурузы;
- численные значения показателей, характеризующих качество посева капсу-лированных семян кукурузы, агрегатом, оснащенного ячеисто-дисковым высевающим аппаратом и системой контроля высева.
Степень достоверности и апробация результатов.
Достоверность подтверждается проведенными экспериментальными исследованиями с достаточным числом опытов и аппаратурой, обеспечивающей требуемую точность измерений. Результаты теоретических исследований согласуются с экспериментальными. Полученные результаты исследований совпадают с данными, опубликованными по данной тематике.
Основные материалы диссертации доложены и одобрены: на заседаниях Ученого Совета ФГБНУ ВНИИТиН (2009…2015 гг.); на заседаниях технических советов ООО НТЦ «Аграрник»; на научно-практических и международных конференциях, ГНУ ВНИИТиН, МичГАУ (2009…2015); на областных семинарах, совещаниях и выставках «День Тамбовского поля» (2007…2009 гг.) и «Дни Москвы в Тамбове» (2010 г.).
Предложенная автором конструкция высевающего аппарата реализована совместно с ООО Научно-технический центр «Аграрник» (г. Тамбов), экспериментальным производством ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемии и заводом ОАО «Гранит-М» (г. Уварово, Тамбовской области).
Лабораторная установка применяется для экспериментальных исследований по тематике лаборатории использования МТА ФГБНУ ВНИИТиН.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 13 печатных работах общим объемом 8,26 печ. л., в т.ч. 6 статей в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК. Лично автору принадлежит 1,73 печ. л. Получен патент РФ на изобретение: №2475012.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и списка литературы из 126 наименования и 8 приложений. Работа изложена на 117 страницах, содержит 62 рисунка, 5 таблиц.
Анализ технических средств для высева семян пропашных культур
Механические аппараты подразделятся на подгруппы по способу поштучного отбора семян на ячеистые, барабанные, ленточные, ложечные [56].
Ячеистые высевающие аппараты по расположению ячеек на подвижных частях делятся на дисковые, ленточные, шиберные и барабанно-штоковые. В свою очередь дисковые аппараты подразделяются на конструкции с горизонтальной, вертикальной и наклонной осью вращения. У дисковых аппаратов различают разновидности с внешним, внутренним и боковым заполнением ячеек, с активным и пассивным отражателем лишних семян, с ускорителем и без ускорителя движения семян на выходе [25, 56].
Пневматические аппараты подразделяются на подгруппы с подводом вакуума или избыточного давления воздуха к дозирующим элементам. Среди них различают подгруппы с дисковыми и барабанными рабочими органами [56], с внутренней и внешней подачей семян к барабану. Семена прижимаются к отверстиям воздушной струей, удерживаются и переносятся ею до места сброса. Сбрасывание семян осуществляется путем прекращения подачи воздуха.
Пневмомеханические высевающие аппараты по конструкции делятся на дисковые, барабанные и ленточные. В пневмомеханических аппаратах пневматика служит для захвата и выноса семян из общей массы. Дальнейшее транспортирование и обеспечение равномерной подачи семян осуществляется механическими устройствами.
Гидравлические высевающие аппараты предназначены в основном для пунктирного и гнездового высева пророщенных семян овощных культур. В основу этих аппаратов положен принцип объемного дозирования суспензий.
При посеве пропашных культур применяют дисковые высевающие аппараты, которые выполняют с вертикальной, горизонтальной или с наклонной осью вращения.
Вертикально - дисковые аппараты с горизонтальной осью вращения установлены на многих сеялках отечественного и зарубежного производства. Наиболее распространенными моделями этого типа являются отечественные сеялки ССТ–12, сеялки германских фирм «Моноцентра», «Unadrill», «Монодрилл», Fortchritt А695, «Kleine Unicorn», французских фирм «Эбра», «Monopill» и «Mono-sem», а также «Палм Агроматик» (Швеция), «Webb» (Англия) и другие [56]. Распространение они получили за простоту конструктивного решения обеспечивающего малую высоту падения семян до 30-40 мм при противоположном направлении выброса семян по отношению к направлению движению сеялки.
Высевающие аппараты сеялок ССТ-12Б(В), рисунок 9, «Webb», «Моноцентра» и «Монодрилл» имеют вертикальный ячеистый диск внешнего заполнения, активный роликовый отражатель и клиновой выталкиватель. Они допускают дробление семян до 5%, а скорость выброса до 0,3 м/с, что намного меньше скорости движения посевного агрегата [56]. По качеству распределения семян при посеве они значительно уступают другим аналогичным сеялкам показывая коэффициент вариации распределения семян в рядке около 45% при скорости агрегата
У сеялки «Kleine Unicorn» высевающий аппарат имеет два диска, один из которых дозирующий, а второй выбрасывающий с диаметром в два раза больше, чем у первого. Семена разгоняются по криволинейным каналам и выбрасываются со скоростью равной скорости сеялки. Этот аппарат показывает высокое качество распределения семян с коэффициентом вариации 28 - 33,3 % при норме высева до 15 шт./м и скорости 2 м/с, дробление семян менее 5% [25, 56].
Сеялки «Monopill» [82] и «Monosem» [21] имеют высевающий аппарат с боковым заполнением ячеек диска. Разъемный высевающий диск состоит из трех дисков – высевающего (центрального) и дозирующих (двух боковых) [56]. Недостатком этих аппаратов является высокое требование к точности зазора между диском и корпусом, который нарушается в процессе эксплуатации.
Наклонно-дисковые высевающие аппараты установлены на отечественных сеялках СКРН-12, сеялках зарубежных фирм «Эбра», «Unadrill», Fortchritt А697 и других. За счет наклонного расположения диска лишние семена сами скатываются по линии наклона [56], в результате чего значительно уменьшилось дробление семян (менее 1%) [25]. Однако качество распределения семян вдоль рядка находится на низком уровне из-за большой высоты падения [122].
Сеялка «Unadrill» имеет два параллельных диска, один из которых дозирует семена и передает другому, который их высевает в рядок. Высоту падения семян удалось уменьшить до 40 мм при дроблении семян на уровне 1%. Скорость выброса семян меньше скорости посевного агрегата сеялки, что приводит к перекатыванию семян в рядке [56].
Горизонтально-дисковые аппараты с вертикальной осью вращения имели большое распространение, как в нашей стране, так и за рубежом, начиная с 30-х годов. Типичными представителями посевных таких машин являются СКНК-8, «John Deere 290» [21]. Высевающий диск имеет ячейки по наружной окружности, а его толщина равна размеру семени. Ячейки расположены равномерно или группами. Лишние семена отражаются неподвижным чистиком или приливом в корпусе, ячейки разгружаются подпружиненным активным или пассивным клиновым выталкивателем. Эти аппараты производили поштучный отбор семян со строгим чередованием их высева. Однако им присущи такие недостатки как повышенное дробление семян (более 10%) в зонах отражения и выталкивания, большая высота падения семян (более 200 мм) [25, 56], что влияет на точность их размещения в рядке.
Механические ложечные высевающие аппараты в основном используются в овощных сеялках точного высева [122].
Известен аппарат, применяемый в сеялке «Нибекс» (Швеция), рисунок 10, который представляет собой диск 4 с расположенными по окружности ложечками 3. Семена из бункера 1 поступают в камеру заполнения. Ложечки, проходя при вращении диска через слой семян, захватывают по одному семени и поднимают их к семяпроводу 5 [86, 122].
Согласование частоты вращения диска высевающего аппарата и скорости посевного агрегата
Для западания капсулы в ячейку необходимо обеспечить достаточный размер ячейки высевающего диска. Чем больше размер ячейки, тем больше вероятность, что она будет заполнена. Но в этом случае нет гарантии, что в ячейку попадет только одна капсула. Поэтому одним из определяющих факторов, которые влияют на точность высева, являются диаметр и глубина ячеек [11, 13, 106]. При определении линейных размеров ячейки [54] необходимо исходить из условия, что в ячейку должна укладываться одна капсула максимального диаметра, но не должно помещаться две капсулы минимального диаметра [29]: 2Dminк Dя = Dmaxк +C1, (9) где Dminк – минимальный диаметр капсулы, мм; Dmaxк – максимальный диаметр капсулы, мм; C1 – зазор между стенкой ячейки и капсулой, мм; Dя – диаметр ячейки, мм. При определении глубины ячейки Hя необходимо соблюдать условие: 2Dmin Hя = Dmax = Dmin +C2 , (10) где С2 – зазор между боковой поверхностью диска и капсулой, мм; Hя – глубина ячейки, мм.
Это необходимое, но не достаточное условие западания капсул в ячейки. Процесс западания капсул в ячейки возможен при условии вращения высевающего диска с определенной окружной скоростью и перемещения капсулы с меньшей скоростью относительно диска в момент совпадения центра тяжести капсулы с центральной осью ячейки.
При работе высевающего аппарата вращающийся диск силами трения увлекает соприкасающиеся с ним капсулы, сообщая некоторую абсолютную скорость Vа, меньшую окружной скорости Vок центра ячеек диска.
При небольшом слое [61] капсул начало западания происходит в тот момент, когда центр тяжести капсулы O1 оказывается у стенки ячейки АВ и завершается при совпадении с центральной осью ячейки, рисунок 24а.
Если же высота слоя капсул значительна, то на капсулу, кроме силы тяжести, действует сила вертикального Fв и горизонтального Fг давлений, а также сила внутреннего трения fFг, рисунок 24б. При этом западание капсулы начинается только после смещения ее центра тяжести относительно стенки ячейки на некоторое расстояние C1, рисунок 24а. Движение капсулы при западании в ячейку, если пренебречь сопротивлением воздуха, можно рассматривать, как свободное падение тела с начальной относительной скоростью Vот. б) Рисунок 24 – Условие западания капсул в ячейки высевающего диска. При западании капсулы в ячейку ее центр тяжести проходит путь в горизонтальном направлении, равный: Xк =Dя а в вертикальном – соответственно: Dк (10) Yк = gt (11) где Dя – диаметр ячейки, мм; Dк – диаметр капсулы, мм, t – время западания капсулы, с; Dк мя западания капсулы в ячейку t , g – ускорение свободного падения, м/с2. Капсула западает в ячейку, если центр ее тяжести окажется, ниже или на уровне поверхности диска, т.е. F к. Преобразуя выражение (12), получим вре 2 Dк g к . С учетом того, что Vот =Vок-Vа, и t \ g \ после преобразований получим выражение: Dк (12) Dя Dк g Vок Vа+ Из неравенства (12) следует, что для западания капсулы в ячейку окружная скорость центра ячейки диска должна быть меньше или равна линейной скорости капсулы увеличенной на скорость её западания в ячейку.
Для устранения разрушения капсулы, у верхней кромки ячейки, по ходу вращения диска, выполнена фаска. Для нахождения угла скоса фаски ячейки рассмотрим уравнение равновесия действия сил в проекциях на ось ОХ, рисунок 24б: Nsina- Fтрcosa=0. (12) Из уравнения определим реакцию опоры фаски ячейки на капсулу: N- f cosa N = =0, (13) sin or где /- коэффициент трения капсулированного семени о фаску ячейки. После некоторых преобразований получим: f = tga. (14) Из уравнения найдем угол скоса фаски ячейки: а = arctg(f). (15) Для гарантированного заполнения ячеек необходимо создание подвижного организованного ряда [102] капсул, который обеспечивается конструктивным исполнением высевающего диска. В высевающем диске для лучшей ориентации, выстраивания капсул и совпадения их центра масс с центром ячеек, по внешнему диаметру диска выполнена канавка. Радиус канавки Rк высевающего диска зависит от диаметра капсулы Dк: Rк = f(Dк ) (16) При работе высевающий диск и ролик-отражатель воздействуют на капсулу, создают вращающий момент, направленный в одну сторону. При этом возникает сила трения, препятствующая вращению и направленная в противоположную сторону [21]. Авторами [16, 22] определено соотношение линейных скоростей вращения высевающего диска и ролика, при котором не происходит разрушение капсулиро-ванных семян: Vд Vр , (17) где Vд – линейная скорость вращения высевающего диска, м/с; Vр – линейная скорость вращения ролика, м/с;
Посевной агрегат представляет собой сложную динамическую систему со значительным числом степеней свободы [58]. В сеялке происходит непрерывное изменение потока семя, начиная от высевающего аппарата до борозды [53]. В процессе дозирования семян, их выброса из высевающего аппарата, полета до дна и заделка в борозду происходит перераспределение семян [52]. Происходит перемещение капсулированных семян по длине рядка, в результате чего, нарушается постоянство интервалов между ними.
Капсулированные семена кукурузы с момента выпадения из ячейки высевающего диска до момента соприкосновения с дном борозды находятся в состоянии свободного падения, рисунок 25.
Методика определения размерных и массовых характеристик капсулированных семян кукурузы
Высевающую способность экспериментального аппарата и качество процесса заполнения ячеек определяли высевом этих семян с максимальной и минимальной нормой на специально изготовленном стенде (глава 3), с возможностью изменения скорости вращения высевающего диска.
За процессом высева проводились визуальные наблюдения через прозрачные стенки распределительной камеры высевающего аппарата, рисунок 49, что позволяет наблюдать взаимное перемещение капсулированных семян при формировании организованного ряда в распределительной камере, западания семян в ячейки диска, а также перемещение капсул до выгрузного окна и электронный контроль за высевом.
При исследованиях использовали экспериментальные высевающие диски, изготовленные из полистирола диаметром 220 мм и толщиной 38 мм с количеством ячеек 16 и 22, диаметр которых 21 и 29 мм, глубиной 18 и 30 мм. На боко 84 вой поверхности дисков выполнены канавки радиусами кривизны 10 и 15 мм. По ходу вращения диска на ячейках выполнена фаска. В процессе исследований частоту вращения высевающего диска устанавливали от 1 до 2 с-1.
Коэффициент заполнения ячеек вычисляли как отношение количества выпавших семян к количеству проходящих над выгрузным окном ячеек за определенное количество оборотов диска, замеряемые тахометром ТЧ10-Р.
Кроме того, в ходе лабораторных исследований изучались процессы заполнения семенами ячеек высевающего диска и выброса семян из ячеек методом фиксации временных интервалов между выбросами с помощью приставки к компьютеру с LPT-портом.
Лабораторные исследования, поведенные на стенде по разработанной методике, подтвердили теоретические предпосылки о том, что формирование организованного ряда семян на канавке высевающего диска перед входом в ячейки способствует качественному их заполнению.
При исследованиях экспериментального высевающего аппарата были получены следующие результаты, обработанные по программе Mathcad, представленные в приложении Д.
Экспериментальными исследованиями с использованием методов планирования многофакторных экспериментов получена адекватная математическая мо 85 дель отражающая изменение критерия оптимизации - коэффициента вариации (У), представляющего равномерность распределения капсулированных семян по длине рядка от величины управляющих факторов: частота вращения высевающего диска (Xi), количество ворошителей на поверхности высевающего диска (Xi), радиус канавки высевающего диска (Хз), угол фаски ячейки высевающего диска (JLV). Уравнение регрессии в закодированном виде, описывающее зависимость v=f(co,N,R,a): Y = 0,2 + 0,135Х1 — 0,145Х2 — 0,017Х3 — 0,014Х4 +0,058 + + 0,006X 3 — 0,006 А А +0,01Х2Х3 — 0,004 Х2Х4 + (55) + 0,0005Х3Х4 + 0,222Х12 + 0Д53Х,2 — 0,068Х32 — 0,033Х2 Определение коэффициентов регрессии многофакторного эксперимента, значимость коэффициентов регрессии, значение дисперсий коэффициентов и доверительные интервалы представлены в приложении Е.
В уравнении (49) коэффициенты Віл и Дз4, характеризующий эффект парного взаимодействия факторов А2-А4 и А3-А4, оказались не значимыми, поэтому в дальнейших расчетах ими пренебрегли.
Адекватность полученной модели проверена по F-критерию Фишера. Расчетное значение (2,1) оказалось меньше табличного (2,3) при 5% -уровне значимости, т.е. полученная модель адекватно описывает исследуемый процесс с 95%-ной вероятностью.
Анализ влияния факторов на эффективность работы высевающего аппарата проводили с помощью двумерных сечений, представленных на рисунках 50 - 55, с использованием основных положений методики (раздел 3). З 1 1,0 1,25 1,5 1,75 2,0
Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость коэффициента вариации от радиуса канавки высевающего диска и угла фаски ячейки высевающего диска. В результате проведенных лабораторных исследований высевающего аппарата для высева капсулированных семян кукурузы, определены факторы, влияющие на коэффициент вариации интервалов времени между выбросами капсулиро-ванных семян из ячеек высевающего диска, а также получено уравнение регрессии, с помощью которого определены рациональные значения конструктивно-режимных параметров высевающего аппарата: частота вращения высевающего диска - 10...1,4 с-1; количество ворошителей - 2…4 шт, радиус канавки высевающего диска - 23…27 мм, угол фаски ячейки высевающего диска - 18…25 град, при этом критерий оптимизации будет составлять 0,18…0,2.
Высевающий аппарат обеспечивал заполняемость ячеек 95-97% при частоте вращения диска с ворошителями 1,4 с-1, а без ворошителей 85-90%. Коэффициент вариации интервалов времени между выбросами капсулированных семян из ячеек высевающих дисков без ворошителей при варьировании частоты их вращения от 1,0 до 1,4 с-1 изменялся от 0,46 до 0,58, а при наличии ворошителей этот коэффициент изменялся в пределах 0,18 до 0,2.
Дробление семян, в зависимости от частоты вращения диска, высевающего аппарата без ворошителей составляло 1,03-1,15%, а при установке на диск ворошителей дробление семян не превышало 0,1-0,2%, что соответствует агротехническим требованиям предъявляемым к высевающим аппаратам.
Лабораторно-стендовыми исследованиями высевающего аппарата для кап-сулированных семян кукурузы установлено, что предлагаемая конструкция разработанного аппарата позволяет равномерно распределить капсулированные семена по длине рядка в результате поштучного заполнения всех ячеек диска из подвижного организованного ряда, сформированного в распределительной камере на канавке диска ворошителями и роликом-отражателем
Определение вместимости бункера высевающего аппарата сеялки для высева капсулированных семян кукурузы
На корпус модернизированного аппарата монтируется сошник новой конструкции, расстояние, между щеками которого обеспечивает беспрепятственное падение капсулы любого размера на дно борозды.
Исходя из размеров капсулы, изготавливается высевающий диск с определенным количеством ячеек, необходимого диаметра и глубины, расположенных по его боковой поверхности. Для исключения повреждения капсул и упорядоченного их заполнения в ячейки изменяется профиль ролик-отражателя модернизируемого аппарата, соразмерно с профилем боковой поверхности высевающего диска [107].
Перед началом полевых испытаний сеялка настраивается на норму высева капсул, рисунок 57, и глубину их заделки, рисунок 58, и предварительно на площадке определяется величина интервального размещения, рисунок 59.
В полевых условиях, при вскрытии борозды, выявляется фактическая глубина заделки капсул, а также фактический интервал размещения капсул по длине рядка, рисунок 60. При необходимости выполняются корректировки регулировочных параметров. Окончательно проверка качества посева выявляется уже по всходам, рисунок 61.
На рисунке 61 всходы кукурузы, высеянной нами на опытном поле МичГАУ среднеранним гибридом кукурузы ДКС 3203 (Монсанта), обработанный гербицидами Максим XL и Круйзер (справа) и тот же гибрид семян в капсулах (слева), оболочка которых по массе содержит 84,6% чернозема, микроудобрения – 2,72%, стимулятор роста 0,001 % и остальное – вода. Посев семян кукурузы проводили традиционным способом и в капсулах на опытном поле проводили 27 мая 2015 года одновременно одним посевным агрегатом с установленными на раме сеялки двумя серийными высевающими аппаратами и двумя аппаратами для высева капсулированных семян. При анализе состояния посевов через 20 дней было выявлено, что всходы растений в капсулах развивались более интенсивно благодаря рыхлой воздухопроницаемой питательной среды около семени.
Влияние скорости посевного агрегата на коэффициент вариации интервалов. При высеве капсулированных семян кукурузы с нормой 5,6 – 6,3 шт./м, экспериментальный аппарат обеспечивает размещение семян в соответствии с нормальным распределением, т.е. с коэффициентом вариации интервалов v=0,34, на скоростях движения агрегата до 2 м/с, рисунок 62. Полученные данные согласуются с результатами исследований многих авторов [25, 44, 104], которые доказали, что для получения высокой урожайности растения должны размещаться с коэффициентом вариации интервалов не более 0,4. Выводы по разделу Экспериментальные исследования процесса высева капсулированных семян кукурузы позволили установить: – размерно-массовые характеристики исследуемых капсулированных семян, изготовленных методом окатывания во вращающемся барабане, определяются следующими значениями: средний диаметр капсул составил 19,2 - 20,0 мм с варьированием значений показателя во взаимно перпендикулярных плоскостях от 18,1 до 22,8 мм при средней массе капсулы влажностью 5 - 7% в 4,46 г, при этом объёмная масса была равна 524 кг/м3; - прочность капсулы до её разрушения обеспечивается при приложенном усилии не более 1,36кН; - угол естественного откоса капсулированных семян кукурузы составляет от 17 до 25 при среднем его значении в 19,6; – средний коэффициент трения покоя капсулированных семян кукурузы о различные поверхности варьирует от 0,182 до 0,186; – средний коэффициент трения покоя капсулированных семян кукурузы о поверхность почвы (обыкновенный чернозем) в зависимости от её влажности варьирует 0,213 до 0,393; – при норме высева семян кукурузы (5,6 - 6,3 шт./м) вместимость бункера для капсул диаметром 0,02 - 0,025 м варьирует от 30 до 65 л; – коэффициент заполнения ячеек капсулированными семенами кукурузы составил 95 - 97% на частоте вращения диска с ворошителями до 1,4 с-1; - повреждения капсул 1,2-1,5%; - определены значения конструктивно-режимных параметров высевающего аппарата: частота вращения высевающего диска 1,0... 1,4 с"1; количество ворошителей 2...4 шт, радиус канавки высевающего диска 23...27 мм, угол фаски ячейки высевающего диска 18 ...25 ;
- коэффициент вариации интервалов времени между выбросом семян из ячеек высевающего аппарата при высеве капсулированных семян при скорости вращения диска от 0,1 до 0,45 м/с варьирует от 0,17 до 0,3; - лабораторно-полевыми исследованиями установлено, что при высеве капсулированных семян кукурузы с заданной нормой (5,6 - 6,3 шт./м) экспериментальный аппарат обеспечивает распределение по длине рядка в соответствии с агротехническими требованиями, предъявляемым к высевающим аппаратам, на скоростях агрегата до 1,5...2 м/с. 5
Специализированных сеялок для точного высева капсулированных семян кукурузы, ввиду новизны технологической формы посевного материала, в нашей стране и за рубежом не разработано. Имеется производственный опыт использования картофелесажалок, как зарубежных фирм, так и отечественных производителей, для высева капсулированных семян кукурузы. Недостатками картофелесажалок являются низкая производительность и неравномерность, исключающие преимущество новой формы посевного материала по применению для раннего посева [98].
Для высева капсулированных семян кукурузы возможно применение сеялки для посадки лука-севка, так как этот посевной материал по физико-механическим свойствам наиболее близок к капсулам.
Технико-экономическая оценка выполнена на основе результатов проведенных экспериментальных исследований в соответствии с действующими стандартами [39, 63]. Экономический эффект оценивался согласно критерию – снижение эксплуатационных затрат, по следующему выражению: Э = Иnб - Иnн , (57) где Э – экономический эффект на единицу работы, руб.; Иnб ,Иnн – эксплуатационные затраты на единицу работы соответственно по базовому и новому вариантам, руб. Эксплуатационные затраты при использовании базового и нового агрегата (И) складываются из амортизационных отчислений (ЗА), затрат на техническое обслуживание и ремонт (ЗТОР), затрат на топливо-смазочные материалы (ЗТМ), оплаты труда механизаторов и обслуживающего персонала (ЗЗП) и страхования техники (ЗСТР) и определяются по формуле: