Повышение качества посева семян мелкосеменных культур разработкой и применением высевающего аппарата сеялки

Актуальность темы

исследования.

Надежная и сбалансированная кормовая база является залогом успешного животноводства, она не может существовать без использования высокобелковых мелкосеменных культур (клевер, козлятник, люцерна и др.). К мелкосеменным культурам относится большинство многолетних и однолетних трав. В настоящее время в России животноводство обеспечено кормами не в полной мере ввиду низкого качества посева.

Посев семян мелкосеменных культур является одной из самых важных операций в современной технологии получения стабильных урожаев зелёного корма и качественных семян. Применение посевных машин с существующими высевающими аппаратами для посева семян мелкосеменных культур приводит к повышенному расходу семян при их неудовлетворительной равномерности распределения по длине рядка и высокому травмированию, что ведёт к снижению урожайности.

Поэтому работа, посвященная повышению качества посева семян мелкосеменных культур разработкой и применением высевающего аппарата сеялки, является актуальной и имеет важное экономическое и хозяйственное значение для АПК России.

Степень разработанности темы исследования. В настоящее время разработаны высевающие аппараты для высева мелкосеменных культур различных конструкций и типов.

Существующие конструкции катушечных высевающих аппаратов с прямыми желобками и различные приспособления к ним для посева семян мелкосеменных культур имеют такие недостатки, как неравномерность высева по длине рядка, неустойчивая норма высева, повышенный расход семян.

Катушечные высевающие аппараты с винтовыми желобками также не лишены недостатков. При посеве наблюдается незначительная пульсация, что особенно сказывается на равномерности посева мелкосеменных культур. Кроме того, при работе высевающего аппарата из-за смещения семенного материала винтовыми желобками к боковине семенной коробки происходит травмирование семян.

Катушечные высевающие аппараты с разновеликими желобками имеют следующий основной недостаток: когда мелкие семена попадают в крупные желобки, то наблюдается неравномерность посева и увеличение расхода семян.

Катушечный высевающий аппарат с шевронным расположением желобков способен высевать большое количество разных культур, при этом минимально травмировать семена, но, как и все катушечные аппараты, обладает недостаткомнеравномерностью посева семян и невозможностью точной установки малых норм высева.

Шнековый высевающий аппарат при работе обеспечивает необходимую равномерность дозирования семян, при этом он применим при посеве различных культур. Недостатком данного высевающего аппарата является высокое травмирование посевного материала и достаточно сложная конструкция.

Из анализа приведённых данных по применению различных типов высевающих аппаратов можно сделать вывод о широком применении катушечных высевающих аппаратов для посева семян мелкосеменных культур, однако следует отметить, что они имеют общий существенный недостаток и не в полной мере обеспечивают выполнение агротехнических требований, а именно: эти высевающие аппараты дают неудовлетворительную равномерность распределения семян по длине рядка. Поэтому данный вопрос требует дальнейших теоретических обоснований и новых конструкторских решений.

Работа выполнена по плану НИОКР ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (тема № 11 «Разработка рабочих органов машин для ресурсосберегающих технологий производства сельскохозяйственных культур») и инновационного проекта на конкурсе «У.М.Н.И.К.» (г. Пенза, 2012 г.) по теме «Разработка новых рабочих органов сеялок для посева мелкосеменных культур».

Цель работы — повышение качества посева семян мелкосеменных культур разработкой и применением высевающего аппарата сеялки, позволяющего улучшить равномерность распределения семян мелкосеменных культур по длине рядка. т).

Задачи исследований:

1. Обосновать конструктивно-технологическую схему высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур с учётом их. физико-механических свойств.

2. Теоретически обосновать конструктивные и режимные параметры высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур.

3. Разработать и изготовить опытно-конструкторский образец высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур, провести лабораторные исследования по определению его оптимальных конструктивно-режимных параметров.

4. Выполнить исследования сеялки с экспериментальными высевающими аппаратами для посева семян мелкосеменных культур в лабораторно-полевых и производственных условиях, определить технико-экономическую эффективность применения результатов исследования в производстве.

Объект исследования — технологический процесс посева семян мелкосеменных культур высевающим аппаратом с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем.

Предмет исследования — конструктивные и режимные параметры высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур, оценочные показатели качества их посева.

Научная новизна:

— теоретическое обоснование процесса посева семян мелкосеменных культур высевающим аппаратом с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем;

— конструктивная схема и конструкция высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур;

— оптимальные конструктивные и режимные параметры высевающего аппарата в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур;

— оценочные показатели посева семян мелкосеменных культур.

Новизна технического решения подтверждена патентом РФ на изобретение № 2 468 561 «Катушечный высевающий аппарат для высева мелкосеменных культур».

Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты научных исследований послужили основой для разработки высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур. Использование высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем позволяет повысить равномерность распределения семян мелкосеменных культур по длине рядка до 80%, увеличить урожайность зелёной массы до 25% и семян до 22%. Сеялка с экспериментальными высевающими аппаратами для посева семян мелкосеменных культур внедрена в ЗАО «Петровский хлеб» Пензенской области.

Методология и методы исследования.

В работе использовались теоретические и экспериментальные методы, а именно: метод сравнения, моделирования, наблюдения, эксперимент. Теоретические исследования выполнены с использованием основных положений, законов и методов классической механики и математики.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных, полевых и производственных условиях на основе общепринятых методик в соответствии с действующими отраслевыми стандартами, а также разработанных частных методик исследований. Основные расчеты и обработка результатов экспериментов выполнялись на ПЭВМ с использованием стандартных компьютерных программ MathCAD, Microsoft Excel и Statistica 7.0 RUS.

Основные научные положения и результаты исследования, выносимые на защиту:

1. Конструкция высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур.

2. Теоретическое обоснование процесса посева высевающим аппаратом с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем.

3. Оптимальные конструктивные и режимные параметры высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева семян мелкосеменных культур (частота вращения шайбы с мелкозубчатым профилем, угол наклона граней ячейки шайбы с мелкозубчатым профилем, диаметр ячейки шайбы с мелкозубчатым профилем).

Степень достоверности и апробация результатов. Степень достоверности теоретических и экспериментальных данных обеспечена аргументированным обоснованием выводов, подтверждённых теоретическими и экспериментальными исследованиями, и практической реализацией разработки в лабораторных, лабораторно-полевых и производственных условиях.

Разработанный и изготовленный высевающий аппарат с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для посева мелкосеменных культур внедрён в ЗАО «Петровский хлеб» Пензенской области и ООО «КЗТМ» г. Кузнецка Пензенской области к серийному производству.

Основные научные положения, выводы и практические рекомендации диссертации доложены и одобрены на:

— научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2011;2013 гг.);

— международной конференции, посвящённой 105-летию со дня рождения профессора Красникова Владимира Васильевича, «Новые технологии и технические средства в АПК» ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ имени Н.И. Вавилова» (2013 г.);

— международной научно-практической конференции молодых учёных, аспирантов, магистров и студентов «Вклад молодых учёных в аграрную науку» ФГБОУ ВПО «Самарская ГСХА» (2013 г.);

— в отчётах на выполнение НИОКР по программе «У.М.Н.И.К.» (г. Пенза, 2012 г).

По результатам исследований опубликовано 14 работ, в т. ч. 3 статьи в изданиях, указанных в «Перечне. ВАК», получен патент на изобретение, без соавторов опубликовано 4 статьи. Общий объем публикаций составляет 2,55 п.л., из которых 1,31 п.л. принадлежит автору.

Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Анализ известных высевающих аппаратов для высева семян мелкосеменных культур, применяемых на серийных образцах сеялок, показал, что равномерность распределения семян мелкосеменных культур по длине рядка происходит неудовлетворительно, в результате чего снижаются качественные показатели работы сеялки, что приводит к уменьшению урожайности. Результаты исследований физико-механических свойств семян мелкосеменных культур козлятника восточного сорта Гале и клевера красного сорта Присурский показали, что значения размеров семян этих культур изменяются в пределах: длина — 1,7. .4,1 ммширина — 1,2.2,3 ммтолщина — 0,7. 1,7 мм. Коэффициент статического трения (Кс) по поливинилхлориду (ПВХ) листовому составил у козлятника восточного сорта Гале 0,3643, клевера красного сорта Присурский 0,1763. Коэффициент внутреннего трения Квн соответственно составил 0,66 и 0,63.

Проводя анализ полученных данных, можно сделать следующий вывод: значение физико-механических свойств семян козлятника восточного сорта Гале и клевера красного сорта Присурский не выходят за пределы границ интервалов значений физико-механических свойств других семян сортов клевера и козлятника. Следовательно, в дальнейшем целесообразно проводить определение оптимальных параметров высевающего аппарата на данных сортах мелкосеменных культур.

Предложена конструктивно-технологическая схема и конструкция высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем.

2. Теоретическими исследованиями установлены аналитические зависимости для определения: угла наклона граней ячейки шайбы с мелкозубчатым профилем (2.15), необходимого для обеспечения нормального технологического процесса работы высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилемуравнения траектории полета семени (2.41) на выходе из высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем, уравнения дальности полёта семени (2.44), уравнения скорости движения семени (2.42), уравнения наибольшей высоты подъёма семени (2.47).

3. Разработан и изготовлен опытный образец высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем и определены оптимальные значения конструктивных и режимных параметров высевающего аппарата: частота вращения шайбы с мелкозубчатым профилем пш. = 27.37 мин" 1- угол наклона граней ячейки шайбы с мелкозубчатым профилем, а = 53.58 град.- диаметр ячейки шайбы с мелкозубчатым профилем с1яч. = 2,6.4 ммпри этом критерий оптимизации Р — равномерность распределения семян мелкосеменных культур по длине рядка — изменялся в диапазоне 80. 81%. Установлен оптимальный режим работы высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем, при котором равномерность распределения семян мелкосеменных культур по длине рядка наилучшая.

4. Полевые исследования сеялки с экспериментальными высевающими аппаратами подтвердили достоверность теоретических расчетов и лабораторных исследований. Отклонение общего высева от заданной нормы у экспериментальной сеялки в полевых условиях 1,9%, что не превышает 3%. Лучшая равномерность распределения семян и растений в рядке Р = 75.76% обеспечивается при работе экспериментальной сеялки при частоте вращения экспериментального высевающего аппарата пш=27.35 мин'1 и скорости движения агрегата Vc=8.9,5 км/ч, или Vc=2,22.2,64 м/с. Средний интервал между всходами при посеве сеялкой C3T-3,6A с экспериментальными высевающими аппаратами составил асР=21,2 мм, а при посеве сеялкой C3T-3,6A с серийными высевающими аппаратами аср=41,6 мм, при этом средний интервал между семенами клевера в рядке составил соответственно: аср=18,7 ммасР=35,8 мм. Урожайность семян при посеве сеялкой с экспериментальными высевающими аппаратами выше в среднем на 22%, зеленой массы — на 25% в сравнении с серийной сеялкой. Эффективность использования сеялки с экспериментальными высевающими аппаратами подтверждается получением годового экономического эффекта, который составил 316 085 руб. на одну сеялку с экспериментальными высевающими аппаратами при сроке окупаемости дополнительных затрат 1,3 года.