Повышение качества высева трудносыпучих мелкосемянных культур разработкой и применением универсального дисково-щеточного высевающего аппарата пневматической селекционной сеялки

Для обеспечения продовольственной безопасности страны в соответствии со стратегией развития селекции и семеноводства сельскохозяйственных культур в Российской Федерации на период до 2020 года, необходимо совершенствование отечественной селекции и семеноводства как основы успешного аграрного производства. При этом материально-техническая и технологическая база селекции и семеноводства устарела, что не позволяет эффективно осуществлять селекционный процесс и обеспечить производство высококачественных семян.

Производство и выведение новых сортов высококачественного семенного материала связано с посевом широкого набора культур, имеющих различные физико-механические свойства семян. Используемые в настоящее время селекционерами посевные машины в основном оснащены катушечными высевающими устройствами [50]. Это можно объяснить тем, что они способны с хорошим качеством осуществлять высев сыпучих и среднесыпучих семян таких как пшеница, рожь, ячмень и др. Однако катушечные высевающие аппараты не способны высевать трудносыпучие мелкосемянные культуры даже с использованием дополнительных вспомогательных устройств — ворошилок. [11, 18, 48, 54]. Невысокая универсальность этих высевающих аппаратов ведет к увеличению парка посевных машин, что значительно повышает затраты на производство высококачественного семенного материала. Поэтому работа, посвященная повышению качества высева мелкосемянных культур разработкой и применением универсального высевающего аппарата дисково-щеточного типа пневматической селекционной сеялки, является актуальной и имеет важное научное и хозяйственное значение.

Степень разработанности темы. Уточнена классификация универсальных высевающих аппаратов, способных высевать семена различных с.-х. культур, уточнены физико-механические свойства семян рапса, пайзы и овсяницы луговой, разработана конструктивно-технологическая схема универсального дисково-щеточного высевающего аппарата, теоретически обоснованы закономерности, характеризующие влияние параметров дисково-щеточного высевающего аппарата на устойчивое транспортирование семенного материала в воронку семяпровода, проведена экспериментальная проверка работы универсального дисково-щеточного высевающего аппарата в полевых условиях на пневматической селекционной сеялке.

Работа проводилась по плану НИОКР ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА в рамках задания 02.01.03: «Разработать комплекс приоритетной почвообрабатывающей и посевной техники высокого технического уровня с оптимальным набором сменных рабочих органов, адаптированных к различным почвенным условиям», согласно теме: «Совершенствование технологических процессов и рабочих органов посевных машин и комбинированных агрегатов, обеспечивающих энергоресурсосбережение при возделывании с.-х. и лесных культур» (№ ГР 01.2.00.801 909).

Цель работы. Повышение качества высева трудносыпучих мелкосемянных культур разработкой и применением универсального дисково-щеточного высевающего аппарата пневматической селекционной сеялки.

Задачи исследований:

1. Обосновать конструктивно-технологическую схему и конструкцию универсального дисково-щеточного высевающего аппарата пневматической селекционной сеялки с учетом физико-механических свойств семян различных культур.

2. Выполнить теоретические исследования технологического процесса дозирования семян универсальным дисково-щеточным высевающим аппаратом.

3. Исследовать в лабораторных условиях влияние основных конструктивно-технологических параметров семясбрасывающего валика на качественные показатели высева и определить оптимальные их значения.

4. Провести полевые исследования экспериментальной пневматической селекционной сеялки, оснащенной универсальным дисково-щеточным высевающим аппаратом при посеве семян с различными физико-механическими свойствами.

5. Определить технико-экономическую оценку использования экспериментальной пневматической селекционной сеялки на посевах участков размножения и первичного сортоиспытания в производственных условиях.

Объект исследований. Технологический процесс высева семян универсальным дисково-щеточным высевающим аппаратом пневматической селекционной сеялки.

Предмет исследований. Конструктивные и режимные параметры универсального дисково-щеточного высевающего аппарата пневматической селекционной сеялки.

Научную новизну представляют:

— конструктивно-технологическая схема и конструкция универсального дис-ково-щеточного высевающего аппарата пневматической селекционной сеялки;

— аналитическое выражение, устанавливающее функциональную зависимость угловой скорости вращения высевающего диска от конструктивно-технологических параметров, при которой будет обеспечиваться устойчивое транспортирование семенного материала из бункера к семясбрасывающему валику;

— теоретические зависимости, описывающие перемещение частицы семенного материала винтовой поверхностью семясбрасывающего валика по высевающему диску;

— уравнения, определяющие траекторию движения концевой точки упругого элемента при воздействии на него потока семенного материала.

Новизна технического решения подтверждена патентом РФ на изобретение № 2 452 166 «Высевающий аппарат».

Теоретическая и практическая ценность работы. Результаты научных исследований послужили основой для разработки универсального дисково-щеточного высевающего аппарата пневматической селекционной сеялки. Использование универсального дисково-щеточного высевающего аппарата на пневматической селекционной сеялке позволяет повысить, за счет равномерного высева, урожайность семян рапса, пайзы и овяницы луговой на 1−2%, 8−9% и 26−27% соответственно, а зеленной массы соответственно на 0,5−1%, 1−2% и 24−25% по сравнению с сеялкой, оборудованной катушечно-штифтовыми высевающими аппаратами.

Методология и методы исследования. Теоретические исследования выполнялись с использованием нелинейной теории изгиба и основных положений, законов, методов классической механики и математики.

Экспериментальная проверка теоретических исследований проводилась в лабораторных и производственных условиях на основе общепринятых методик в соответствии с действующими ГОСТ, ОСТ, а также с использованием теории планирования многофакторного эксперимента. Основные расчеты и обработка результатов экспериментов выполнялась на ЭВМ с использованием стандартных программ Mathcad и Excel.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

1. Коструктивно-технологическая схема и конструкция универсального дисково-щеточного высевающего аппарата пневматической селекционной сеялки.

2. Аналитическое выражение, устанавливающее функциональную зависимость угловой скорости вращения высевающего диска от конструктивно-технологических параметров, при которых будет обеспечиваться устойчивое транспортирование семенного материала из бункера к семясбрасывающему валику, теоретические исследования процесса перемещения частицы семенного материала винтовой поверхностью семясбрасывающего валика по высевающему диску и зависимости, определяющие траекторию движения концевой точки упругого элемента семясбрасывающего валика от воздействия потока семенного материала.

3. Экспериментальные зависимости подачи и неравномерности высева семян от конструктивно-технологических параметров универсального дисково-щеточного высевающего аппарата.

4. Оптимальные значения конструктивно-технологических параметров универсального дисково-щеточного высевающего аппарата, обеспечивающие равномерность высева семян с различными физико-механическими свойствами в соответствии с агротехническими требованиями.

Реализация результатов исследований. Разработанный универсальный дисково-щеточный высевающий аппарат испытан на пневматической селекционной сеялке при посеве семян рапса, пайзы и овсяницы луговой в Поволжском научно-исследовательском институте селекции и семеноводства имени П. Н. Константинова.

Степень достоверности и апробация работы. Степень сходимости теоретических и экспериментальных данных определялась по критериям Стьюдента и Фишера, и подтверждена экспериментальными исследованиями и практической реализацией разработки универсального дисково-щеточного высевающего аппарата в лабораторных и полевых условиях.

Основные результаты исследований доложены и одобрены на научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА» (2010г.), ФГОУ ВПО «РГАЗУ» (2010г.), ФГБОУ ВПО «Самарская ГСХА» (20Ю.2012г.г.), ФГБОУ ВПО «Волгоградская ГСХА» (2011г.), ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2011. .2013г.), ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова» (2011г.).

По результатам исследований в 2010 г. получен грант «Молодые новаторы аграрной России».

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 19 научных работах, из них одна статья опубликована без соавторов и 4 в изданиях, указанных в «Перечне.ВАК», получен патент РФ на изобретение. Материалы исследований отражены в 4 отчетах по НИР с номерами государственной регистрации общим объемом 302 е., из которых 80 е., принадлежит соискателю. Общий объем публикаций составляет 18,8 п.л., из которых 6,1 п.л. принадлежит соискателю.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 108 наименований и приложения. Работа изложена на 157 е., содержит 10 табл. и 71 рис.

Выводы, сделанные в результате полевых исследований, показали, что экспериментальная пневматическая селекционная сеялка, оснащенная универсальным дисково-щеточным высевающим аппаратом в производственных условиях способна производить посев семян с различными физико-механическими свойствами таких как рапс, пайза и овсяница луговая с учетом необходимых агротехнических требований.

При расчете экономической эффективности исходные данные выбирались из нормативно-справочных материалов [61, 74, 75, 99]. Экономическую эффективность определяли в сравнении экспериментальной пневматической селекционной сеялки оборудованной универсальным дисково-щеточным высевающим аппаратом с базовой сеялкой УСН-16П оснащенной катушечно-штифтовыми высевающими аппаратами исходя из расчета прибавки урожайности семян и зеленной массы.

6.1. Расчет балансовой стоимости экспериментальной сеялки.

Экономические расчеты проводили с использованием технико-экономических характеристик экспериментальной пневматической селекционной сеялки с универсальным дисково-щеточным высевающим аппаратом и сеялки УСН-16П (таблица 6.1).