Содержание к диссертации
Введение
Состояние вопроса, цель и задачи исследований 11
1.1 Проблема высева средних и крупных семян в лесных питомниках 11
1.2 Анализ высевающих аппаратов для посева средних и крупных лесных семян рядковым способом 14
1.3 Анализ высевающих аппаратов катушечного типа 22
1.3 Обзор конструкций отражателей семян 30
1.4 Анализ процесса высева лесных семян высевающими аппаратами катушечного типа 33
1.5 Цель и задачи исследований 40
2 Исследование физико-механических свойств средних и крупных лесных семян 43
3 Теоретическое обоснование катушечно-лопастного высевающего аппарата 46
3.1 Обоснование выбора конструкции высевающего аппарата катушечно-лопастного типа 46
3.2 Выбор оптимальных конструктивных параметров экспериментального катушечно-лопастного высевающего аппарата 53
3.3 Теоретическое исследование равномерности высева лесных семян катушечно-лопастными высевающими аппаратами 55
3.3.1 Анализ процесса распределения семян в межлопастном пространстве катушечно-лопастного высевающего аппарата 56
3.3.2 Анализ процесса выпадения высеваемых семян через выбросное окно высевающего аппарата 61
3.4 Теоретическое исследование повреждаемости лесных семян при высеве катушечно-лопастными высевающими аппаратами 65
3.5 Определение оптимальных конструктивных параметров высевающего аппарата . 78
3.6 Выводы 82
4 Программа и методика экспериментальных исследований 84
4.1 Программа экспериментальных исследований 84
4.2 Методика лабораторных исследований 85
4.2.1 Обоснование и описание конструкции стенда для проведения лабораторных исследований высевающего аппарата на равномерность высева семян 85
4.2.2 Обоснование и описание конструкции стенда для проведения лабораторных исследований высевающего аппарата на повреждаемость семян 87
4.3 Методики определения качественных показателей высева семян 90
4.3.1 Методика определения равномерности высева семян 90
4.3.2 Определение повреждаемости семян 97
4.4 Методика проведения лабораторных исследований 101
4.5 Методика проведения полевых испытаний экспериментального катушечно-лопастного высевающего аппарата 103
4.6 Выводы 105
5 Результаты и анализ лабораторных исследований экспериментального катушечно-лопастного высевающего аппарата 106
5.1 Результаты лабораторных исследований экспериментального катушечно-лопастного высевающего аппарата на равномерность высева 106
5.2 Дисперсионный анализ результатов исследований экспериментального катушечно-лопастного высевающего аппарата на равномерность высева 110
5.3 Результаты лабораторных исследований экспериментального катушечно-лопастного высевающего аппарата на повреждаемость семян 114
5.5 Результаты полевых испытаний 121
5.6 Выводы 123
6 Экономическая эффективность от внедрения экспериментального катушечно-лопастного высевающего аппарата 124
Основные выводы и рекомендации 129
Библиографический список
- Анализ высевающих аппаратов для посева средних и крупных лесных семян рядковым способом
- Теоретическое исследование равномерности высева лесных семян катушечно-лопастными высевающими аппаратами
- Обоснование и описание конструкции стенда для проведения лабораторных исследований высевающего аппарата на равномерность высева семян
- Дисперсионный анализ результатов исследований экспериментального катушечно-лопастного высевающего аппарата на равномерность высева
Введение к работе
Актуальность темы. Основным способом искусственного лесовосстановления является посадка сеянцами и саженцами, которые выращивают в лесных питомниках. В большинстве случаев лесообразующими породами являются хвойные - сосна, ель и в меньших объемах лиственница. Это мелкосеменные породы. Кроме хвойных, из мелкосеменных в питомниках высевают жимолость, акацию, боярышник и др. Поскольку посев мелких семян в питомниках преобладает, то используют для высева этих семян специальные сеялки, одной из которых является, например, сеялка СЛУ-5-20. У этой сеялки катушечные высевающие аппараты, а для прокладки посевных борозд используются катки-маркеры.
Несмотря на преобладание высева в лесных питомниках мелких семян, возникает необходимость в посеве и более крупных семян. Очень ценной породой является дуб, однако в последнем десятилетии качество дубрав резко ухудшилось. Это вызвано тем, что возобновление дубрав происходит в основном вегетативным способом (от пней), причем наблюдается уже 5-7 поколений таких деревьев. Качество дубрав можно повысить только за счет семенного возобновления. Для этого в лесных питомниках нужно высевать и крупные семена. Поскольку из-за сравнительно небольших объемов посева крупными семенами нецелесообразно иметь специальные сеялки, в лесных питомниках применяют универсальные сеялки, которые производят высев различных по размерам семян - от самых мелких до самых крупных. К таким сеялкам можно отнести, например, сеялку СПН-4 и более современную СПП-ЗШ. У этих сеялок имеется 2 семенных бункера, в которых соответственно установлены для высева мелких семян катушечно-желобчатые, а для высева крупных семян - катушечно-лопастные. Однако эти высевающие аппараты не обеспечивают выполнение равномерного посева и требуют
усовершенствования. Имеющиеся исследования по повышению равномерности высева крупных семян не позволили существенно улучшить качество высева, исключить повреждение семян или шли по пути значительного конструктивного усложнения. Поэтому исследования, направленные на повышение качества посева крупных семян в лесных питомниках, являются актуальными, поскольку позволяют получить стандартный посадочный материал, что в последующем повлияет на улучшение лесов из ценных лиственных пород.
Цель работы - повышение качества высева средних и крупных лесных семян в питомниках за счет обоснования и разработки конструкции высевающего аппарата с повышенной равномерностью высева и низкой повреждаемостью семян.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- обосновать и разработать конструкцию катушечного высевающего
аппарата, обеспечивающего улучшенный высев с минимальным повреждением
семян;
- разработать математическую модель процесса межлопастного
пространства;
обосновать и оптимизировать параметры высевающего аппарата;
разработать и изготовить стенд для определения повреждаемости семян высевающим аппаратом при помощи электроизмерительной аппаратуры и ПЭВМ;
разработать конструкцию высевающего аппарата, обеспечивающего повышенную равномерность высева и сниженную повреждаемость семян;
провести теоретические исследования предложенной конструкции высевающего аппарата и определить его основные конструктивные и технологические параметры;
- изготовить экспериментальный образец высевающего аппарата для
высева средних и крупных лесных семян;
- провести экспериментальные исследования разработанной конструкции
для проверки и уточнения математической модели, конструктивных и
технологических параметров, а также качества высева средних и крупных
лесных семян;
- проверить работоспособность высевающего аппарата в
производственных условиях и дать экономическое обоснование
целесообразности применения предлагаемого высевающего аппарата.
Объект исследования - технологический процесс высева средних и крупных лесных семян высевающим аппаратом.
Предмет исследования - закономерности изменения равномерности высева и повреждаемости семян высевающим аппаратом от основных конструктивных и технологических параметров высевающего аппарата.
Научная новизна:
- обоснована и разработана конструкция катушечно-лопастного
высевающего аппарата для посева средних и крупных лесных семян;
разработана математическая модель процесса загрузки и последующей разгрузки семян из межлопастного пространства катушки высевающего аппарата, позволяющая определить равномерность высева семян с целью обоснования основных конструктивных и технологических параметров предложенного высевающего аппарата;
разработана математическая модель процесса взаимодействия семян с рабочими органами высевающего аппарата, позволяющая определить повреждаемость семян с целью обоснования основных конструктивных и технологических параметров предложенного высевающего аппарата;
- установлены теоретически и подтверждены экспериментально
зависимости показателей качества высева семян от основных конструктивных и
технологических параметров высевающего аппарата.
Достоверность основных положений и рекомендаций подтверждена получением обоснованных конструктивных и технологических параметров высевающего аппарата, которые обеспечивают повышение качества выращиваемого лесопосадочного материала и положительными результатами лабораторных и производственных испытаний высевающего аппарата для посева средних и крупных лесных семян в питомниках.
Практическая ценность:
- предложенный высевающий аппарат позволил улучшить качественные
характеристики процесса высева лесных семян - повысить равномерность
высева и снизить повреждаемость семян;
полученные в результате теоретических и экспериментальных исследований конструктивные параметры катушечно-лопастного высевающего аппарата могут быть использованы при разработке и проектировании универсальных лесоптиомниковых сеялок, а также при модернизации существующих конструкций;
определение равномерности высева анализом кадров фото- и видеосъемки на ПЭВМ как процесса истечения семян в лабораторных условиях, так и распределения в производственных, при проведении исследований высевающих аппаратов различных разновидностей;
определение повреждаемости семян высевающим аппаратом с помощью электроизмерительной аппаратуры и ПЭВМ может быть использовано при проведении различных экспериментальных исследований высевающих аппаратов.
Реализация результатов исследования. Разработанная конструкция высевающего аппарата прошла производственные испытания в составе сеялки СПП-ЗШ в Правобережном лесничестве учебно-опытного лесхоза Воронежской государственной лесотехнической академии.
Результаты научных исследований используются в Воронежской государственной лесотехнической академии (ВГЛТА) при проведении НИР и в учебном процессе.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на заседаниях кафедры технологии и оборудования лесопромышленного производства ВГЛТА и ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ВГЛТА (2004-2006 гг.), региональной межвузовской "Проблемы и перспективы лесного комплекса" (Воронеж, 2005 г.) [84], международной научно-практической конференции "Наука и образование на службе лесного комплекса" (Воронеж, 2006 г) [79].
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы составляет 156 страниц, из них 142 страницы основного текста и 15 страниц приложений. Работа включает 44 иллюстрации, 14 таблиц и 102 наименования используемых источников, в том числе 1 на иностранном языке.
Анализ высевающих аппаратов для посева средних и крупных лесных семян рядковым способом
При создании конструкции высевающего аппарата, обеспечивающего посев лесных семян средних и крупных размеров с повышенной равномерностью высева, необходимо проанализировать существующие конструкции высевающих аппаратов, применяемых для посева семян рядковым способом.
В настоящее время существует большое количество высевающих аппаратов, которые можно разделить на пять больших групп: механические, пневматические, электромеханические и гидравлические (рисунок 1.1).
Электромеханические высевающие аппараты на практике практически не применяются из-за сложности технологического изготовления и ненадежности в работе.
Гидравлические высевающие аппараты, подающие семена струей жидкости, в которой дополнительно могут быть растворены минеральные удобрения, применения не нашли ввиду повышенной сложности изготовления и низкой равномерности распределения семян.
Пневматические высевающие аппараты для рядкового посева, построенные на принципе центрального высева (ЦВС) эффективны при установке на широкозахватных посевных агрегатах (сеялки СПР-6, «Аккорд» имеют ширину захвата 6 м), которые на питомниках не применяются. Исключение составляет сеялка ССТ-3 [36], производящая сплошной или рядковый посев в основном семян саксаула. В комбинированных ЦВС используют центральные («Конкор-Ши» (Австрия), «Контоне» (Италия)), или индивидуальные (СУП-48 (Румыния), «Тиве» (Швеция)) механические дозаторы и пневматические распределители [1, 58,100].
Наибольшее распространение получили механические высевающие аппараты, которые можно разделить на штифтовые, вибрационные, транспортерные и катушечные.
Малосыпучие семена и смеси можно высевать транспортерным высевающим аппаратом, который применяется в сеялках СЛП, СЛПМ и СПН-3 (рисунок 1.2) [36, 53, 100]. Однако этот аппарат громоздкий по конструкции, полностью не исключает образование сводов (в промежутке между транспортерными лентами). Транспортерный аппарат - пока единственное устройство для высева несыпучих семян, применяемое на лесных сеялках [86], выпускаемых серийно. Они также подходят для высева лесных семян с крылатками и некоторых типов крупных семян.
Вибрационные аппараты в виде вибрирующих лотков или трубок позволяют улучшить равномерность распределения семян. Так при посеве семян зерновых при их использовании был получен коэффициент вариации 31,6...47,2 %, а при посеве семян хвойных пород, по данным А.Е. Карасева, он составил 29...37% [37]. Применение этих аппаратов, однако, не вышло за рамки опытных проверок.
Штифтово-катушечный высевающий аппарат (рисунок 1.3) применяют на некоторых экспериментальных лесных сеялках (сеялка Павловского плодопитомника [37, 74] и др.). Штифты в таком аппарате располагают по телу катушки в шахматном порядке или по винтовым линиям. Изготовляют их из металлических стержней или, с целью меньшего повреждения семян, из мягких материалов типа резины. Резиновые штифты могут армироваться стальными стержнями.
Штифтово-катушечный аппарата дают лучшую равномерность распределения семян (установленные в немецкой сеялке А-534,они при высеве семян ели показали коэффициент вариации распределения семян 39,4 % против 51,2...53,3 %, показанного катушечно-желобчатым аппаратом болгарской сеялки «Ванчура» [154]), но они менее универсальны.
Штифтово-ленточный высевающий аппарат (рисунок 1.4) отличается от штифтово-катущечного тем, что в нем штифты располагаются не радиально по поверхности катушки, а крепятся на ленте, которая натягивается на два шкива и работает как транспортер. Такие высевающие аппараты применяют, в частности, для высева несыпучих материалов (удобрений, туков и т. д.) [77].
Для высева средних и крупных лесных семян рядковым способом наибольшее применение нашли катушечно-лопастные высевающие аппарата. Они используются практически во всех моделях универсальных сеялок для питомников (СЛ-4, СШ-4, СЛШ-4, СЛШ-8, ССЛН-1) и в большинстве конструкций сеялок рационализаторов при высеве лесных семян средних и крупных размеров (кедра, большинства косточковых, желудей, каштанов и т.д.). Эти аппараты достаточно широко распространены, всесторонне апробированы, стандартизованы, конструкции их хорошо отработаны, и в лесопитомниковых сеялках они могут использоваться без какой-либо переделки. Катушечные аппараты сравнительно просты по устройству, надежны в работе, легко регулируются на требуемую норму высева. Основной их недостаток - наличие определенной пульсации в потоке семян и подача семян сравнительно узким потоком, в большинстве случаев не соответствующим той ширине борозды, которая требуется при посеве семян лесных пород [85, 86].
С целью уменьшения повреждения семян лопасти у некоторых катушек делают эластичными («Хесгайр» Англия, «Шексимодуле Видесидер» Австрия), лопасти крепят не жестко, а делают выдвижными,
В высевающем аппарате по а.с. №306805 (рисунок 1.5) дозирующие пластины свободно установлены в пазах двух стяжных конусов и подпружинены к центру барабана, кроме того, для осуществления гнездового посева эти пластины частично заменяются пластинами, имеющими дугообразные козырьки для перекрытия нерабочей зоны барабана [6]. Данное решение позволяет выполнять разные способы посева (рядковый или групповой) и несколько более тщательно дозировать семена. Однако это усовершенствование направлено лишь на повышение универсальности, но не улучшает радикально основные качественные показатели - равномерность высева и повреждаемость семян.
Другие типы аппаратов для рядкового посева лесных семян получили меньшее распространение. Катушечно-ячеистые высевающие аппараты производят забор семян из бункера с помощью ячеек, в которых размещается по нескольку семян. Такой аппарат установлен на сеялке "Литва-25" и некоторых других. Его недостатком является большой процент повреждения семян (у «Литвы-25» - до 6...8%), поэтому в новой модификации сеялки "Литва-25М" от его применения отказались [63, 86]. Имеются варианты использования аппарата этого типа со сменными рабочими поверхностями (сменные втулки на сеялке СКГ). Это расширяет диапазон использования аппарата и позволяет высевать разные по размеру семена [53]. Катушечно-ячеистые аппараты устанавливают и на некоторых зарубежных сеялках: КСЕ-1 (Германия), "Хилесхед" (Швеция), но в целом они имеют ограниченное применение [47].
Теоретическое исследование равномерности высева лесных семян катушечно-лопастными высевающими аппаратами
Исследование процесса распределения высеваемых семян включает: 1) Анализ процесса распределения семян в межлопастном пространстве катушечно-лопастного высевающего аппарата. 2) Анализ процесса выпадения высеваемых семян через выбросное окно высевающего аппарата. 3) Формирование выходных критериев, отражающих оценку неравномерности высева исследуемым высевающим аппаратом. Целевую функцию, описывающую влияние основных факторов на процесс процесса распределения семян при высеве, можно описать в виде функционала: K = f( c,dK,DK,a,), (3.3) где к - коэффициент равномерности распределения семян по площади, kp=W); р - угол положения выбросного окна; dK, DK- соответственно внутренний (по основанию лопастей) и внешний диаметры катушки высевающего аппарата; ап - угол скашивания лопастей катушки.
Для упрощения и автоматизации процесса вычислений была составлена программа для персональной ЭВМ, написанная на языке программирования Delphi в среде программирования Borland Delphi 2006. Она позволяет рассчитывать характеристики процесса высева семян при варьировании различных конструктивных и других параметров высевающего аппарата, отображая графики зависимостей коэффициента равномерности распределения семян по площади от конструктивных и других факторов.
В ходе моделирования координаты каждого семени задаются в полярной системе координат виде (r,a,z), где г - расстояние от центра семени до центра вращения катушки, мм; р - угол между радиус-вектором, проходящем через центром семени и началом полярной системы координат; z - положение семени по ширине катушки, мм.
При заполнении семенами межлопастного пространства катушки принимается, что семена имеют сферическую форму и радиусом rc. Разработанный алгоритм, описывающий процесс послойного заполнения семенами межлопастного пространства катушки высевающего аппарата, включает в себя следующие этапы. I Заполнение первого слоя.
1 Вычисляется число целых семян на первом слое nzX, способных уместиться по ширине катушки (рисунок 3.3): "Zl = ш где rc - радиус высеваемых семян. cos а 1Л - длина лопасти, определяемая из выражения где Ъ - ширина катушки. Рисунок 3.3 Расчетная схема к алгоритму моделирования процесса заполнения семенами межлопастного пространства катушки 2 Вычисление зазора ДА1 между семенами первого слоя, расположенными по длине лопасти, который происходит из-за несоответствия ширины катушки и расстояния, занимаемого целым количеством семян nzX -гсФІл\
3 Вычисляется число целых семян п , способных уместиться по длине окружности сектора межлопастного пространства катушки (рисунок 3.3): I 2г п,., = где / - длина дуги окружности на соответствующем ей радиусе г, мм: где г - радиус от центра вращения катушки до линии определения / ; Фтп Угол межДУ лопастями катушки. Так как для первого слоя ru = r0 + rc, то 7(го+гс) Ртп И,1 = 2г Вычисляется зазор Л t между семенами первого слоя, расположенными по окружности межлопастного пространства катушки, происходящего из-за несоответствия и , Гс 1р: AM4-VC 5 Осуществляется цикл по моделированию процесса заполнению семенами первого слоя. При этом координаты каждого семени записываются в массив значений по полярной системе координат: массив, г - расстояние семени от центра вращения катушки, мм; массив, z - положение семени "по глубине катушки", мм. массив. 7 - угол между линией, проходящей через правую (по схеме) лопастью и центром семени; при этом учитывается коррекция на угол размещения лопасти: Р,= Р, + ХТ о где а - угол наклона лопастей к оси вращения катушки. II Заполнение второго и последующего слоев.
1 Максимальное число целых семян на текущем (х) слое п,х , способных уместиться по длине лопасти составляет ту же величину, что и для z( )max nz\ первого слоя, то есть п. Оценивается максимальное число целых семян п,,, способных уместиться по длине окружности сектора межлопастного пространства катушки: ч / З Ї о 2 с Фмлп п і \ = I 1г. Оценивается минимальное количество семян на текущем слое nztx\min z(x)mm nz(x) При расположении семян второго слоя во впадинах между семенами предыдущего слоя число семян на текущем слое и,
4 Определяется расстояние между центрами семян в соседних слоях. При этом условие расположения семян с опусканием во впадину между семенами предыдущего слоя с учетом зазоров между семенами предыдущего слоя, учитывается на основе свойств прямоугольного треугольника: h2 = r с 2, 5 Проверяется условие, показывающее по какому именно варианту будут располагаться семена. При этом проверяется выполнение условий для обоих направлений укладки - по ширине катушки и по длине окружности.
Возможны 2 случая в зависимости от одновременного выполнения -("zWmi„ 2 ) 2rc условий : / )"К )ч» 2гс) 2г« 1) если оба условия выполняется, то семена будут располагаться во впадинах семян предыдущего слоя, тогда и,ч = п,,{п; радиус положения семян данного слоя c{x) - c{x-\) n " c(x) A , 2 ( Л (3.4) где A - максимальное из четырех окружающих снизу семян предыдущего слоя. 2) в случае невыполнения условий семена будут располагаться плотнее друг к другу, на вершинах семян предыдущего слоя, и тогда Пг(х) П2(х)ты \ (3.5) Для определения А при первом варианте развития событий используется нижеприведенная процедура. В массиве значений координат семян производится поиск семян, соответствующих предыдущему слою и имеющих минимальное отклонение к координатам семени текущего слоя по параметрам (р (первая пара семян) и z (вторая пара семян). Тогда A = max( -p2,r1-r2), где рх, ф2- координаты по р первой пары семян; гх,гг-координаты по г второй пары семян. 6 Производится проверка на высоту засыпанных семян: г +r h. ex с V Если данное условие выполняется, происходит переход на п. 7 - для заполнения семенами текущего слоя, в противном случае - заполнение семенами межлопастного пространства считается законченным. 7 Моделируется заполнение семенами текущего слоя. Процедура выполняется аналогично моделированию процесса заполнения семенами первого слоя.
Обоснование и описание конструкции стенда для проведения лабораторных исследований высевающего аппарата на равномерность высева семян
Для экспериментальных исследований катушечно-лопастных высевающих аппаратов различных конструктивных особенностей был разработан и изготовлен специальный стенд (рисунок 4.1).
Рама 1 стенда цельнометаллическая, достаточной жесткости для уменьшения вибрации; установлена на стойках 11. Привод высевающих аппаратов осуществляется через многоступенчатый цепной вариатор 4, устанавливаемый на сеялке СПП-ЗШ, от электродвигателя постоянного тока 7 мощностью 250 Вт. Выбор такой достаточно большой мощности объясняется стремлением получить на валу привода высевающих аппаратов достаточный крутящий момент, исключающий непостоянство частоты вращения, которое может привезти к искажению результатов испытаний. Для снижения частоты вращения до требуемой, между электродвигателем 7 и вариатором 4 установлен червячный редуктор 5.
Частота вращения вала привода высевающих аппаратов регулируется грубо - вариатором 4 и плавно - изменением напряжения питания электродвигателя от стабилизированного регулируемого источника питания.
Оценка равномерности распределения семян производится методом видеосъемки, для чего на подставке установлена цифровая видеокамера 8.
Непосредственно под окном выброса семян высевающего аппарата закреплена координатная сетка 9, облегчающая анализ результатов испытаний, снятых на видеокамеру 8. Семена ссыпаются в лоток 10. Все детали привода для снижения вибрации, способной исказить результаты наблюдений, установлены через резиновые прокладки. С той же целью механизм привода конструктивно отделен от той части стенда, где производится съемка.
Исследованию равномерности распределения семян по площади посева посвящены работы многих авторов, т.к. в сеялках большинства конструкций транспортирование семян в борозду осуществляется путем свободного их падения: СВ. Кардашевского [43] В.Б. Басина [16], П.М.Василенко [23], С.Д. Полонецкого [73], А.Б. Лурье [57] и многих других. Вопросы распределения семян с использованием вероятностного подхода, впервые рассмотрены в работах М.Н. Летошнева [55] и А.Н. Семенова [91]. При таком подходе считают, что распределение интервалов между семенами подчиняется Пуассоновскому процессу [23], или нормальному закону распределения, или же по гамма-показательному и др. законам [57, 59, 73]. Закон распределения не дает наглядную картину распределения интервалов между семенами. В.Б. Басин связал характеристику семян в борозде с полевой всхожестью [16], выведенной из распределения растений по показательному закону, В.К. Астанин с урожайностью семян [11]. Однако, кроме распределения семян, на их всхожесть, урожайность и т.д. влияют и другие факторы.
Дальнейшие исследования посвящались обоснованию более простых, но точных критериев равномерности распределения семян по площади посева. И.М. Белянский [18] считает, что для оценки точности посева вполне пригодно среднеквадратическое отклонение, но при этом, достоверность размещения семян обосновывается агротехническими требованиями. А.М. Гринь [30] отмечает, что коэффициент вариации не объективно оценивает равномерность распределения семян. Он предложил оригинальный и простой числовой метод, в основе которого лежит учет количества семян в квадратах определенных размеров с помощью планшета с нанесенными на нем клетками. Учитывается при этом, число клеток планшета, занятое хотя бы одним семенем. Подсчет высеянных семян производится в каждой клетке сетке в 4-х кратной повторности. Л.Н. Бурков [21] приводит более обобщенный показатель равномерности с учетом того, если в клетке планшета будет больше одного семени. А.Ф. Кошурниковым [48] предложена независимая оценка учета интервалов между семенами по отношению дисперсии интервалов к их математическому ожиданию. Некоторые авторы [92, 102] за оценочный показатель равномерности распределения принимают отношение дисперсий интервалов между семенами при высеве в борозду и на липкую ленту. Физический смысл этих оценок не совсем понятен, усложняется проведение анализа распределения семян при посеве. Наиболее ясный смысл имеет показатель, представляющий собой отношение фактического расстояния между семенами к требуемому оптимальному расстоянию. Его использование вполне возможно, требуется относительно небольшое количество замеров, т.к. количество высеваемых в порции семян ограничивается современными агролесоводственными требованиями. Кроме того, для расшифровки лент с наклеенными на них семенами в лабораторных условиях, имеются специальные приборы [49], позволяющие зафиксировать фактическое расстояние между семенами с высокой точностью. Однако, использование этих приборов в полевых условиях не всегда возможно, кроме того, они очень сложны и дорогостоящи. А.Ф. Иванов [38] предложил более простой прибор и способ оценки равномерности по величине перекрытия площадей питания растений, размещение которых изучается. Здесь также в качестве оценочного показателя можно использовать коэффициент вариации интервалов между семенами, но не только в продольном, но и поперечном направлении [76]. Однако наиболее эффективную оценку качества распределения семян можно получить, если характеризовать его некоторым обобщенным показателем, учитывающим полноту чистой площади питания каждого растения. В этом случае площадь питания для каждого растения можно рассматривать в виде квадрата, круга или шестиугольника [38,39].
Известны и методы оценки равномерности семян с использованием кино и фотоаппаратуры [99], а также, с использованием специальных пьезо, фотодатчиков и осциллографа [72]. Однако достаточно трудно получить надежные данные необходимого объема в этих случаях, остаются трудности обработки опытных данных, хотя и обеспечивается высокое качество оценки равномерности, экономятся материалы и время. Кроме того, использование подобных методов позволяет устранить ошибку наблюдений, обусловленную отскоком семян от поверхности, на которую они высеваются. Особенно это важно для семян средних и крупных размеров.
Дисперсионный анализ результатов исследований экспериментального катушечно-лопастного высевающего аппарата на равномерность высева
На рисунке 5.3 приведены примеры осциллограмм тока, полученных при испытаниях экспериментального катушечно-лопастного высевающего аппарата, предназначенного для высева лесных семян, с разной конструкцией катушек при высеве семян дуба.
Осциллограммы переменной составляющей тока для семян дуба при использовании катушки с расположением лопастей параллельно оси вращения (а) и с лопастями, расположенными под углом к оси вращения (б) Результаты опытов приведены в таблице 5.6. При этом в последней колонке приведены результаты оценки повреждения семян, произведенные отбраковкой с помощью лупы, предназначенные для подтверждения правильности выбранной методики оценки повреждения семян при помощи электроизмерительной аппаратуры и ПЭВМ, описанной в п. 4.3. Как видно из таблицы, отличие результатов не превышает 5-8%.
При расположении лопастей параллельно оси вращения и пониженной (30-40% от номинальной) частоте вращения катушки, были отмечены случаи защемления семян вплоть до полного заклинивания, чего совершенно не было замечено при расположении лопастей под углом.
Зависимость же от угла у установки упругого ограничителя выглядит следующим образом: - при отрицательных значениях угла у процент поврежденных семян увеличивается; при повышении отрицательных значений угла до -30 и далее -отмечаются частые случаи заедания вплоть до полного заклинивания, приводящего к повреждению семян; 115 - у от 0 до 15 - оптимальное положение упругого ограничителя -процент повреждения минимален, амплитуда пульсаций также минимальна; всплески имеют более сглаженную форму; - у от 15 до 45 - повреждение увеличивается с ростом пульсаций тока; вместе с тем, заклинивания семян не происходит.
Отмечается наименьший коэффициент , повреждения (1,1%) у высевающего аппарата с расположением лопастей под углом к оси вращения катушки; катушечно-лопастной высевающий аппарат обычной конструкции (с активным движением потока семян) показывает немного худшие результаты (1,7%).
На рисунках 5.4-5.6 представлены снятые экспериментально графики зависимостей процента поврежденных семян rj от следующих факторов: 1) от момента инерции сечения пластины упругого ограничителя 2) от породы семян; 3) от положения упругого ограничителя.
Повышение г)повр при уменьшении момента инерции пластины упругого ограничителя (а соответственно, и его жесткости) объясняется нарушением функций, им выполняемых - при этом семена, выступающие выше кромки лопастей, не отбрасываются назад, к зоне загрузки, и обратным движением упругого ограничителя не уплотняются в порции межлопастного пространства. Чрезмерное повышение жесткости упругого ограничителя также начинает вызывать увеличение повреждения семян за счет увеличения сопротивления вращению катушки. Однако это наблюдается при чрезмерной жесткости упругого ограничителя, и происходит за счет повреждения семян силой упругости самого ограничителя.
График зависимости процента поврежденных семян от момента инерции сечения пластины упругого ограничителя
Наименьшее повреждение семян отмечается при моменте инерции сечения пластины упругого ограничителя Js = 4 - 8 мм3 (материал ПВХ ГОСТ 18269-72).
Из диаграммы, приведенной на рисунке 5.3 видно, что процент поврежденных семян ниже при использовании катушки с расположением лопастей под углом к оси вращения. Это происходит за счет того, что при таком конструктивном расположении лопастей значительно снижается число одновременно выталкиваемых семян, увеличивая тем самым эффективность работы упругого ограничителя.
