Содержание к диссертации
Введение
Общая характеристика работы 10
ГЛАВА I. Состояние проблемы. Цель и задачи исследований 18
1.1. Факторы, влияющие на урожайность с/х культур 18
1.2. Посев, важнейший фактор урожая 19
1.3. Агротехнические требования к посеву 20
1.3.1. Влияние величины и формы площади питания 20
1.3.1.1. Влияние величины площади питания(норма высева) 20
1.3.1.2.Влияние нормы площади питания (способы посева) 21
1.3.2. Влияние качества заделки семян в почву на урожайность 23
1.3.2.1 .Влияние глубины заделки семян 23
1.3.2.2. Влияние равномерности распределения семян по глубине 23
1.3.2.3. Влияние качества укладки семян в почву 24
1.3.2.4.0 степени совершенства механизированной заделки семян в почву
1.3.3. Влияние сроков сева на урожай и качество продукции 26
1.4. Теоретические исследования качества посева 27
1.5. Анализ основных тенденций развития сеялок 28
1.6. Типы пневматических высевающих систем и их сравнительная оцен- ка :
1.7. Типы пневматических распределительных устройств и их характери- .„ стики
1.8.Анализ научных исследований пневматических централизованных высевающих систем
1.8.1. Исследования распределительных устройств с вертикальным распределением потока аэросмеси
1.8.2. Исследования распределяющих устройств с горизонтальным распределением потока аэросмеси
1.9. Особенности пневмотранспорта в сеялках 53
1.10. Постановка проблемы 5 6
1.11. Цель и задачи исследования 57
ГЛАВА II. Общая концепция и основные методы исследования 59
2.1. Общая концепция 59
2.2. Описание лабораторных установок 61
2.2.1. Установка для исследования распределяющих устройств и высевающих систем
2.2.2 Установка для определения скорости частиц 63
2.2.3.Установка для исследования распределяющих устройств на высеве ,.
минеральных удобрений
2.3. Методика проведения лабораторных опытов и применяемые приборы 65
2.3.1. Определение аэродинамического сопротивления элементов систе- „
мы
2.3.2. Измерение скорости воздуха 70
2.3.3. Определение равномерности распределение высеваемого материа- ,-, ла по семяпроводам 2.4. Методика проведения полевых опытов 73
ГЛАВА III Экспериментально-теоретическое обоснование параметров и режимов работы пневматического распределителя семян горизонтального типа
3.1. Теоретическое обоснование формы раструба распределителя семян 74
3.2. Экспериментальные исследования
3.2.1. Сравнительные исследования 85
3.2.2. Влияние точности изготовления криволинейных боковых стенок Q„ распределителя семян на равномерность высева 3.3. Обоснование диаметра семяпровода 98
3.3.1. К обоснованию выбора диаметра семяпровода 98
3.3.2. Экспериментальные исследования 3.4. Обоснование угла установки рассеивающей пластины 103
3.5. Обоснование ширины выходной части распределителя 106
3.5.1 Предварительные исследования 106
3.5.2. Влияние ширины выходной части распределителя на энергопотери 108
3.5.3. Влияние расстояния между делителями на качественные показатели
3.6. Обоснование длины рассеивающей пластины 114
3.7. Влияние скорости частиц на равномерность высева 115
3.8. Влияние формы отражателя на энергетические показатели 119
3.9. Влияние угла наклона распределителя в поперечной плоскости на .-л
равномерность высева
3.10. Совершенствование конструкции распределителя семян при работе сеялок на склонах
3.11. Потери давления воздуха в распределителях семян 13 0
3.11.1. Теоретические предпосылки к определению потерь давления воз- - „ духа в распределителе семян
3.11.2. Экспериментальные исследования 140
3.12. Выводы 142
ГЛАВА IV Исследование различных типов ПЦВС и обоснованиепринципиальной схемы высевающей системы
4.1. Исследование высевающих систем с распределителями горизонтального типа
4.1.1. Предварительные замечания 143
4.1.2. Объект исследований 145
4.1.3. Результаты исследований
4.1.3.1. Влияние подачи материала и скорости воздуха на равномерность высева
4.1.3.2. Влияние подачи материала и скорости воздуха на потери давле- ния в системах и их узлах
4.1.3.3. Влияние поперечного наклона высевающих систем на равномерность высева
4.2. Влияние механического разгона семян на потери давления в системах 152
4.2.1. Предварительные замечания 152
4.2.2. Объект исследований 153
4.2.3. Результаты исследований
4.3. Результаты испытаний пневмосистемы сеялки СЗПЦ-6 156
4.4. Выводы 15 8
ГЛАВА V Экспериментально-теоретические обоснование параметров и режимов работы вводящих и дозирующих устройств для пневматической системы
5.1. К вопросу ввода семян в зону избыточного давления в пневматиче- Q ских системах сеялок 5.2. Теоретическое обоснование параметров направляющей воронки эжек- торного питателя 5.3. Исследование эжекторного питателя для пневматических систем зер- 1 ,„
новых сеялок
5.4.0боснование параметров эжекторного питателя для пневматических -„
систем широкозахватных зерновых сеялок
5.5.Сравнительные исследования различных конструкций эжекторных питателей к сеялке С-6 5.6. Расчет параметров газовых эжекторных питателей 185
5.7.Основные особенности расчета диффузора эжекторного питателя 191
5.8 .Результаты расчета эжекторных питателей 194
5.9.К вопросу дозирования в пневматических системах сеялок 198
5.10. Расчет основных параметров желобковой катушки 203
5.11. Оценка катушечного дозатора при высеве различных семян 208
5.12. Исследование шлюзового затвора 210
5.13.Выводы 212
ГЛАВА VI Результаты сравнительных испытаний экспериментальных сеялок с пневматической системой
6.1. Результаты испытаний пневматической системы зерновой сеялки 214
6.2. Результаты испытаний универсальной пневматической системы для высева мелкосеменных культур
6.3. Результаты испытаний макета пропашной сеялки с пневматической системой
6.3.1. Предварительные замечания 232
6.3.2. Теоретические предпосылки 233
6.3.3. Результаты испытаний
6.4. Результаты испытаний пневматической системы на высеве минераль ных удобрении
6.5. Перспективы развития посевной техники на базе сеялки С-6 2
6.5.1. Современные посевные машины 251
6.5.2. О технологии смешанных посевов 253
6.5.3. О создании универсальной высевающей системы для сеялок и ком- бинированных агрегатов 6.6. Выводы 256
ГЛАВА VII Эксплуатационно-технологические и экономические показатели
7.1. О рациональной вместимости централизованного бункера 258
7.2. Определение рациональной вместимости бункера к сеялке С-6 259
7.3. Посев зерновых культур сеялкой С-6 с образованием технологической колеи
7.4. Выбор типа и аэродинамической схемы вентилятора для пневматических сеялок
7.5. Экономическая эффективность применения пневматических сеялок 266
7.6. Выводы 272
Заключение 273
Список использованных источников
- Влияние величины и формы площади питания
- Установка для исследования распределяющих устройств и высевающих систем
- Влияние скорости частиц на равномерность высева
- Влияние подачи материала и скорости воздуха на потери давле- ния в системах и их узлах
Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Важнейшая задача сельского хозяйства - увеличение производства зерна при снижении всех видов затрат. Её решение наиболее эффективно за счет коренной модернизации технологий посева, которые будут способствовать не только снижению затрат энергетических ресурсов, но и повышению урожайности с/х культур. Несмотря на достигнутый высокий уровень механизации посева зерновых и других культур, пока нет полного удовлетворения требований агротехники при выполнении этой операции. Свидетельством тому являются относительно низкие средние урожаи зерновых в производственных условиях в сравнении с потенциалом продуктивности современных сортов основных зерновых культур, которые превышают 70...80, а пшеницы - 100 ц/га. Поэтому одним из основных резервов роста урожайности является наиболее полная реализация потенциала продуктивности районированных сортов повышением качества посева.
Применяемые в сельскохозяйственном производстве зернотуковые сеялки типа СЗ-3,6 значительно устарели. Многими видными учеными Н. В. Крас-нощековым, М. К. Сулейменовым, И. Г. Калиненко, В. Д. Саклаковым, И. Т. Ковриковым, П. В. Сысолиным и другими отмечено, что несовершенство посевных машин приводит к снижению урожайности с/х культур на 15-30%. Поэтому главной особенностью технической политики в Беларуси является не модернизация и совершенствование уже существующих сеялок типа СЗ-3,6, а создание сеялок нового поколения.
Среди предложенных ранее высевающих систем наибольшего внимания заслуживают пневматические централизованные высевающие системы (ПЦВС). Их использование обеспечивает повышение производительности машинно-тракторных агрегатов на посеве и существенно снижает материалоемкость создаваемых сеялок. Разработанные ПЦВС имеют различные схемы и конструкции распределительных устройств, а соответственно и различные технико-экономические и агротехнические показатели, не всегда удовлетворяющие современным агротребованиям.
Настоящая диссертационная работа посвящена решению проблемы повышения качества посева путем разработки пневматических систем группового дозирования с принципиально новыми распределителями семян горизонтального типа, обеспечивающих создание посевных машин нового поколения с повышенными качественными и ресурсосберегающими показателями.
Решение поставленных задач имеет особую значимость для народного хозяйства Беларуси и представляет большой научный и практический интерес, что и определяет актуальность выбранного направления исследований.
Связь работы с крупными научными программами, темами. Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ БСХА на 1977-2002 гг. Создание сеялок с пневматической системой централизованного высева было предусмотрено постановлениями Совета Министров СССР от 26.08.76 г., от 19.06.78 г., от 27.09.79 г. и включено в Систему машин по
комплексной механизации сельского хозяйства на 1985-1995 гг. Планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ Министерства тракторного и сельскохозяйственного машиностроения СССР также предусматривалось проведение исследований в соответствии с темой 01.201.02-76 "Изыскание семейства широкозахватных зерновых сеялок с централизованным дозированием и пневматическим транспортированием семян в сошники". Межведомственная программа работ по перспективным технологиям посева и создания нового поколения посевных машин "Посев-2000" номер Гр 01.91.0025282 (Постановление Совета Министров СССР N773 от 7.08.85., N319 от 13.03.87) также предусматривает разработку универсальной широкозахватной сеялки централизованного высева мелкосеменных культур (овощи, лекарственные растения, кормовые травы) и разработку скоростной централизованной пневматической высевающей системы (1989-1994). Эта работа включена в республиканскую научно-техническую программу "Агрокомплекс" на 1996-2000 годы по программе "Механизация" задание 05.05 "Разработать комбинированный почвообрабатывающе-посевной агрегат к тракторам класса 1,4 для совмещения предпосевной обработки почвы и посева зерновых, зернобобовых, крестоцветных культур и льна в условиях почвозащитного земледелия" и в "Республиканскую программу создания с/х техники и оборудования для производства и переработки с/х продукции на 2002 - 2005 годы", утвержденной Постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 31 октября 2002 года №1517.
Цель и задачи исследования. Снижение ресурсоемкое и энергоемкости процесса высева семян путем разработки пневматических систем группового дозирования с принципиально новыми распределителями семян горизонтального типа, обеспечивающих создание посевных машин нового поколения с повышенными качественными и ресурсосберегающими показателями. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
изучить состояние проблемы и выявить тенденции развития и перспективность пневматического посева;
систематизировать факторы, влияющие на качество деления горизонтального потока семян в конструкции распределителя и обосновать его параметры. На основе теоретических исследований разработать общие принципы построения форм раструбов распределителей семян с различным числом отводящих патрубков, дающих повышенные качественные и энергетические показатели;
-разработать методику инженерного расчета потерь давления в распределителях семян горизонтального типа и рекомендации по расчету ПЦВС, а также методику расчета параметров эжекторных питателей;
-теоретически и экспериментально исследовать процесс дозирования и ввода семян в зону повышенного давления. Установить и исследовать факторы, существенно влияющие на производительность высевающих систем. Изыскать рациональные методы совершенствования технологического про-
цесса ввода семян в трубопровод, позволяющие существенно увеличить производительность пневматических систем;
-экспериментально обосновать наиболее рациональную технологическую схему построения пневматических систем группового дозирования с распределителями семян горизонтального типа, обеспечивающую повышенные качественные и энергетические показатели;
-экспериментально исследовать и проверить общие теоретические предпосылки и частные аналитические обоснования новых технологий и технических решений по пневматическому посеву семян пропашных, зерновых, овощных и других мелкосеменных культур;
-обосновать рекомендации по выбору вентиляторов для ГЩВС и рациональной вместимости централизованных бункеров для условий Республики Беларусь;
-создать на основе теоретических и экспериментальных исследований макетные образцы новых пневматических посевных машин и отдельных устройств. Провести их хозяйственные испытания, внедрить результаты исследований в производство;
-выполнить расчет экономической эффективности разработанных технологий посева и предложенных технических решений на основе проведенных исследований.
Объект исследования - процесс высева сельскохозяйственных культур пневматическим способом при групповом дозировании и разделении потоков по сошникам.
Предмет исследования - разработанные пневматические системы сеялок группового дозирования и их рабочие органы.
Методология и методы проведенного исследования. Выполнены теоретические, лабораторные и производственные исследования. При их проведении использовались методы однофакторных и многофакторных экспериментов. Проводилась киносъемка процесса распределения семян скоростной кинокамерой марки СКС-1м с дальнейшим просмотром с замедлением в 31 раз. За процессом распределения велось визуальное наблюдение с помощью стробоскопической установки СУ-1 в комплекте со строботахометром ПСТ-1Мс для изучения закономерностей процесса взаимодействия семян внутри распределителя. При обосновании основных параметров эжекторных питателей пневматических систем произведен их расчет по специальной программе с использованием газодинамических функций. Полевые испытания проводились по ОСТ 70.5.1-74 "Машины посевные. Программа и методы испытаний".
Научная новизна и значимость полученных результатов:
- впервые разработана технологическая схема пневматической системы группового дозирования с принципиально новыми распределителями семян горизонтального типа, предусматривающая формирование на её основе семейства посевных и комбинированных почвообрабатывающе — посевных машин нового поколения;
- теоретически обоснованы и разработаны общие принципы построения распределительных устройств горизонтального типа, методика инженерного расчета потерь давления в них, а также способ ввода семян в зону избыточного давления в пневматических системах сеялок при негерметичном бункере;
разработана оригинальная методика определения технологических показателей работы пневматических систем сеялок группового дозирования;
разработана методика расчета параметров эжекторных питателей с использованием газодинамических функций применительно к пневматическим системам сеялок и применена методика комплексной оценки показателей работы дозирующих, вводящих, транспортирующих и распределяющих устройств, обеспечивающая агротехнически допустимые показатели работы при снижении всех видов затрат;
выявлены закономерности влияния режимов работы, параметров пнев-мосистем и физико-механических свойств семян на процесс их распределения и энергозатраты, которые легли в основу создания опытных образцов и опытных партий машин нового поколения;
впервые обоснованы параметры и режимы работы пневматических высевающих систем группового дозирования и их рабочих органов, которые обеспечили высокую равномерность высева семян с разными физико-механическими свойствами при минимальном их травмировании и энергопотреблении на привод вентилятора и определены рекомендации по выбору вентиляторов для ПЦВС и рациональной вместимости централизованных бункеров для условий Беларуси.
Сформулированные и обоснованные в диссертации научные положения концептуально развивают актуальное научное направление пневматического высева семян и содержат принципиально новые результаты, совокупность которых является крупным вкладом в развитие теории пневматического высева семян и механизации посева различных с/х культур.
Новизна технических решений, которые базируются на результатах выполненных исследований защищена шестью охранными документами патентных ведомств бывшего СССР и Республики Беларусь.
Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации подтверждена результатами теоретического анализа, экспериментальных исследований, длительной производственной проверкой и результатами испытаний опытных образцов на машиноиспытательных станциях.
Научная и практическая значимость полученных результатов. Результаты теоретических и экспериментальных исследований послужили научному обоснованию новых технологий и технических решений, которые доведены до производственного применения в СНГ. Реализация рекомендуемых научных принципов в макетных и опытных образцах сеялок позволила выполнить синтез структуры посевных машин, что привело к созданию универсальной высевающей системы для пневматических сеялок и комбинированных агрегатов при одновременном решении проблемы повышения качества
посева и существенном уменьшении материале- и энергоемкости машины, а также ее габаритов. Результаты исследований использованы Кировоградским НПО "Лан" при разработке сеялок СУПЦ-5,4 и СОЛ-4,2 для высева мелкосеменных культур (овощные культуры, лекарственные растения, кормовые травы), которые прошли Государственные испытания и рекомендованы в производство. Результаты исследований использованы НПО НИКТИМсельхозмаш (г. Запорожье) в машине для внутрипочвенного внесения минеральных удобрений МВВ-8, которая прошла ведомственные испытания и рекомендована в производство. С использованием рекомендаций автора БелНИИМСХом (г. Минск) разработаны сеялки С-6; СН-4,5; СПП-3,6 и комбинированные почво-обрабатывающе-посевные агрегаты АПП-3, АПП-4,5 и АПП-6, которые рекомендованы в производство и выпускаются на заводах РУП «Могилевлиф-тмаш», ОАО «Оршаагропроммаш» и Брестском электро-механическом заводе. Результаты исследований автора по распределению семян между сошниками использованы при разработке травяной сеялки СПТ-7,2, которых выпущено 1000 штук.
Работа автора по созданию и внедрению в производство посевных машин с пневматическими системами отмечена Почетной грамотой Министерства сельского хозяйства и продовольствия Республики Беларусь и бронзовой медалью ВДНХ СССР.
Материалы исследований используются научно-исследовательскими, учебными и проектными институтами, конструкторскими организациями при разработке посевных и комбинированных почвообрабатывающе-посевных агрегатов.
Экономическая и социальная значимость полученных результатов. Экономическая эффективность пневматического сева различных культур в сравнении с традиционными сеялками обеспечивается более равномерным распределением семян по площади и соответственно экономией семян (в особенности дорогостоящих семян трав более чем в 2 раза) при существенном повышении производительности на посеве. Одновременно с повышением качества сева разработанные пневматические сеялки обладают низкой материалоемкостью (200-230 кг/м) и малым энергопотреблением на привод вентилятора (3-4 кВт), что сказывается на ресурсосбережении в целом по стране. Наибольший коммерческий успех представляет разработка универсальной высевающей системы для сеялок и комбинированных агрегатов, что приводит к существенному сокращению номенклатуры выпускаемых сеялок. Аналогичных разработок в мировой практике нет. Республика Беларусь имеет возможность существенно расширить рынок сбыта выпускаемых сеялок не только в СНГ, но и в Европе.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту.
В диссертации сформулированы, научно обоснованы и выносятся на защиту следующие положения:
- методология обоснования параметров распределителя семян и режимов его работы, а также параметров и режимов работы эжекторных питателей для
пневматических систем, позволившая более точно определить их рациональные значения;
математические модели влияния режимов работы и параметров распределителя на его энергетические показатели и модели процессов взаимодействия семян со стенками и сферическими отражателями распределителя при различных формах раструба, позволившие впервые изучить процесс деления горизонтального потока в принципиально новом распределителе;
способ ввода семян в зону избыточного давления при негерметичном бункере в ПЦВС, обеспечивший заданную норму (2-400 кг/га) высева при снижении затрат энергии воздушного потока на разгон семян;
общие принципы построения форм раструбов распределителей семян горизонтального типа, позволившие впервые получить равномерное разделение горизонтального потока семян с разными физико-механическими свойствами при минимальном их травмировании и энергопотреблении;
новые конструктивные схемы, технологические и технические решения по совершенствованию ПЦВС и их рабочих органов, являющиеся основой для создания семейства посевных и комбинированных почвообрабатывающе-посевных машин нового поколения;
перспективные направления совершенствования ПЦВС сеялок;
- технико-экономическая эффективность выполненных исследований.
Личный вклад соискателя. В течение ряда лет автор являлся научным
руководителем и ответственным исполнителем научно исследовательской тематике по данному направлению. Им лично выполнены следующие работы: обоснование тематики, постановка задач исследования, разработка методик проведения НИОКР, разработка математических моделей и анализ процесса распределения и ввода семян в пневматических высевающих системах сеялок, создание экспериментальных и опытных образцов новой техники, проведение исследований и испытаний этих образцов, оценка их эффективности и внедрения в производство.
Исследования проводились в течение 28 лет и были направлены на разработку эффективных пневматических систем группового дозирования для высева семян различных культур, обеспечивающих значительный научно-технический прогресс в создании сеялок и комбинированных почвообрабаты-вающе-посевных агрегатов.
Апробация результатов диссертации. Основные результаты и научные положения доложены и обсуждены на всесоюзном совещании по техническому уровню посевных машин, комбинированных агрегатов и выполнению программы "Посев 2000" (Кировоград, 1988, 1990), научно-технической конференции Кировоградского ПКИ "Повышение технического уровня посевных машин" (Кировоград, 1981, 1989 гг.); на техническом совете Кировоградского ПКИ (Кировоград, 1979, 1980,1988, 1989,1990, 1991 гг.); на техническом совете Белорусского НИИ механизации сельского хозяйства (Минск, 1996,1997 гг.); на техническом совете НПО НИКТИМ сельхозмаш (Запорожье, 1990); на международных конференциях "Научно-технический прогресс в сельскохо-
зяйственном производстве" (Минск, БелНИИМСХ 1997 г.), "Перспективы развития механизации, электрификации, автоматизации и технического сервиса сельскохозяйственного производства" (Украина, Глеваха, 1996 г.), "Эксплуатация, ремонт и восстановление сельскохозяйственной техники" (Горки, БСХА, 1997 г.); "Современные технологии в АПК" (Минск, БАТУ, 1997г.), "Повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в АПК" (Минск, БАТУ, 1997 г.), "Моделирование и прогнозирование аграрных энергосберегающих процессов и технологий" (Минск, БАТУ, 1998 г.), "Повышение эффективности использования сельскохозяйственной техники" (Горки, БСХА, 1998 г.), "Энергосбережение в сельском хозяйстве" (Москва, ВИЭСХ, 1998г.), "Современные проблемы сельскохозяйственной механики" (Минск, БелНИИМСХ, 1999 г.), "Актуальные проблемы механизации сельскохозяйственного производства" (Горки, БГСХА, 2000 г.), на межвузовской конференции "Достижения науки и передовой опыт в учебно-воспитательный процесс и производство" (Брянск, БГСХА, 1995 г.), ежегодных научно-технических конференциях Белорусской сельскохозяйственной академии (1979...2004 гг.) и другие.
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 73 печатных работах в их числе 1 монография, 60 статей, из которых 16 - в научных журналах (из них 2 в зарубежных изданиях), 24 - в сборниках научных трудов институтов, 20 - в материалах конференций, 1 - в информационном издании, а также 6 описаний авторских свидетельств СССР и патента РБ. Кроме того, опубликовано 5 проспектов. Без соавторов 32 публикации, в том числе 8 - в журналах и 21 - в трудах институтов и материалах конференций. Общий объем публикаций около 400 страниц.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, семи глав, заключения, списка использованных литературных источников, включающего 450 наименований, в том числе 40 на иностранных языках и приложения. Полный объем диссертации 375 страниц, из которых 200 страниц машинописного текста, в том числе 125 рисунков, 17 таблиц, приложений 70 стр.
Влияние величины и формы площади питания
С агрономической точки зрения [55] под площадью питания понимается определенная часть поля с соответствующей ей толщей почвы и объемом воздуха, которая в посеве приходится на одно растение. Под оптимальной площадью питания понимается такая площадь, которая обеспечивает получение с гектара максимального урожая основной продукции данной культуры при высоком ее качестве и наименьших затратах труда и материальных средств. Следовательно, правильный выбор оптимальной площади питания для растений соответствующей культуры оказывает непосредственное влияние не только на величину и качество продукции, но и на возможности механизации посева и возделывания соответствующей культуры, а также трудовые затраты на единицу продукции, то есть имеет экономический характер.
Этому вопросу посвящено значительное количество исследований многих ученых, таких как: И.И. Синягина, И.В. Якушкина, Н.А. Некрасова, В.И. Эделыптейна, В.В. Винера, М.Э. Вольни и многих других. Так, лабораторно-полевые исследования А.С. Найденова [56,57] для Краснодарского края показали, что наилучшая норма высева озимой пшеницы для различных способов посева находится в пределах 2...4 млн. зерен, а наилучшее качество зерна получается при норме высева 2...3 млн. зерен на га. Исследования А.С. Найденова показали, что высев более 4 млн. зерен на га снижает биологические качества зерна и не гарантирует ежегодного получения зерна сильной пшеницы.
Исследования B.C. Веревкина [58] для Омской области показали, что оптимальной нормой высева при посеве яровой пшеницы "Саратовкая-29" в засушливые годы - 2...3 млн. зерен на га, а во влажные - 4 млн.
По данным исследований А.Д. Еркаева, Д.С. Коробейниковой и Ф.В. Ковля-гина [59,60] для Краснодарского края наибольший урожай озимой пшеницы "Безостая -1" во все годы (1967-1970 гг.) получен при норме высева 1,44... 1,96 млн. зерен на га.
В.К. Сулейменов [61] считает, что оптимальная норма высева яровой пшеницы "Саратовская-21" для Северного Казахстана находится в пределах 3...4 млн. зерен на га. Нормы высева семян для каждой культуры и почвенно-климатической зоны, как показывают вышеприведенные и другие [62...65] исследования, имеют вполне определенные величины для каждой зоны.
Анализируя многочисленные литературные данные приходим к выводу, что оптимальная норма высева для отдельно взятых культур и в соответствующих условиях является важнейшим условием получения высоких и устойчивых урожаев, а также рационального использования посевного материала, который имеет высокую стоимость.
При равномерном распределении семян по площади поля наиболее рационально используются влага и питательные вещества, находящиеся в почве; наилучшим образом используются фотосинтетически активная радиация; более активно используется растениями воздушная среда; создается наилучшее взаимодействие одних растений на другие путем выделения веществ, подавляющих рост соседних растений. Данные академиков Д.Н. Пряннишникова, И.И. Синя-гина, И.В. Якушкина, В.И. Эделыптейна и других ученых показывают, что на урожайность и качество продукции существенное влияние оказывает не только величина, но и конфигурация площади питания каждого растения. Большинство авторов [57,60,66...92] на основе своих опытов приходят к выводу, что равномерное распределение семян по площади поля при оптимальной норме высева неуклонно приводит к прибавке урожая. Причем, чем качественнее семена, тем выгоднее равномерно распределять семена по площади поля. Об этом говорят и зарубежные авторы.
Так, например, Н.П.Меньшиков [68] сажал пшеницу в лунки, сделанные штампом на расстоянии 6x6 см друг от друга в шахматном порядке. Рядом высевал семена пшеницы как сеялка рядовым способом. На участке, где высевал пшеницу шахматным способом, получил урожай 132 ц/га, а где высевал рядовым - 27 ц/га. Аналогичные данные были получены агрономом И.В. Артюко-вым [80] в условиях Челябинской области.
Интересные опыты провел В.И. Короневский [62] на одной из экспериментальных баз Минской области. Сеялась озимая рожь рядковым способом при ширине междурядий: 5,10,15,20 и 30 см и норме высева 3,4,5,6 и 7 млн. штук всхожих семян на га. Результаты исследований показали, что урожай зависит как от величины, так и от формы площади питания. Наибольший урожай - 42,2 ц/га получен при площади питания 5x4 см.
Многие исследователи признавая важность равномерности распределения семян по площади поля [56,57,83,93,94] уточняют наиболее приемлемые формы для соответствующей культуры, зоны, почвы и в какой степени неравномерность распределения семян по площади поля оказывает на урожай. Так, А.Н. Варава и М.А. Виноградов [94] на основании своих исследований приходят к выводу, что для получения максимального урожая необходимо равномерное распределение растений по площади. Однако они считают, что увеличение неравномерности высева семян от 3 до 12 % при оптимальной норме не оказывает большого влияния на урожайность зерновых.
Основываясь на этих исследованиях Б.Ф. Кузнецов, И.К. Смирнов и СИ. Шмат [95] поднимают вопрос об увеличении установленных пределов неравномерности (3 %) распределения семян по площади поля. Это связано с большой технической трудностью обеспечения такой равномерности высева семян, имеющих существенные отличия в физико-механических свойствах.
Ряд исследователей [61,64,66,67,96,96] утверждают, что неравномерность распределения семян по площади поля практически не влияет на урожай. Однако не обнаружено ни одного исследования, где бы утверждалось, что хорошая равномерность распределения семян по полю привела к снижению урожая или ухудшило его качество.
Анализ большинства исследований показывает, что для получения высоких урожаев с хорошим качеством важнейшим является условие, чтобы в общем сообществе растений каждое из них имело определенной величины и формы площадь питания. А поэтому усилия инженеров по созданию технических средств посева с высокой равномерностью высева семян заслуживают серьезного внимания.
Мнения ученых разделились по форме площади питания. Проф. А.Н. Семенов, Ф.В. Грищенко, Д.Н. Смиловенко и др. считают, что каждое растение должно иметь площадь питания квадратной формы, а большинство же ученых -акад. В.П. Горячкин, Н.А. Майсурян, М.В. Сабликов и др. рекомендуют круглую или шестигранную форму [79,97], которая получается при "шахматном" размещении растений. М.В. Сабликов и С.А. Новаков [98] называют шахматное размещение семян по площади поля за "идеальное".
При этом экономится семенной материал; образуются неблагоприятные условия для сорных растений, уменьшается водная и ветровая эрозия. Однако, если для широкорядных культур уже имеются сеялки точного распределения семян по площади поля, то для посева зерновых колосовых и других культур с малыми площадями питания (гречихи, гороха, проса и др.) посевных машин в широкой практике у нас нет или находятся в стадии эксперимента.
Для оценки степени равномерности распределения семян (растений) по площади питания имеется ряд методов, приемов и правил [99...105]. Некоторые методы закреплены ГОСТами и отраслевыми ОСТами [106]. Для оценки равномерности распределения семян вдоль рядка (при рядковом посеве) используются два метода: метод поинтервальный [106]; метод зачетных отрезков [107]. Проведенный анализ говорит о том, что нужно создавать технические средства посева, которые бы на больших площадях могли распределять более точно семена по площади поля.
Установка для исследования распределяющих устройств и высевающих систем
Рабочий процесс в этой системе протекает следующим образом (рис. 1.5): семена из бункера 1 подаются катушечными дозаторами 2 в главные воздуховоды 3, где подхватываются воздушным потоком, создаваемый вентилятором 4, и транспортируются по трубопроводу 5 в распределительное устройство первой ступени деления 6, где они распределяются по радиально расположенным выходным патрубкам. С целью снижения отрицательного влияния наклона вертикальной трубы на качественные показатели деления семян выходные патрубки, расположенные через 120, собираются в один трубопровод 8 и через патрубок 9 семена вводятся в распределительное устройство второй ступени. Для равномерного распределения семян по сечению вертикального трубопровода в головках второй ступени установлена отражающая поверхность, выполненная в виде конуса 10. Ударяясь об эту поверхность и за счет возникающих вихреобразований, семена равномерно распределяются по выходным патрубкам и далее транспортируются в сошники[217].
Описанная машина представляет собой макетный образец, насыщенный гидравлическим и электрическим оборудованием, которое позволяет значительно сократить затраты труда и времени на ее техническое обслуживание. Высокие показатели качества здесь достигнуты за счет использования сложной пневматической системы транспортирования и распределения семян. Поэтому использование этой сложной и дорогой машины в сельскохозяйственном производстве с точки зрения ее эффективности вызывает сомнение. Большим недостатком высевающих систем типа "Аккорд" с вертикальными цилиндрическими распределителями семян является высокое общее сопротивление пневмосистемы. Это обусловлено прежде всего наличием у них вертикального участка значительной длины, так как удельное сопротивление его при одних и тех же условиях в 2,0...2,7 раза больше, чем горизонтального участка [218] . Значительные потери энергии происходят в распределительной головке. Наличие практически прямого лобового удара семян о внутреннюю ее поверхность приводит к потере их скорости и требуются дополнительные
Принципиальная схема высевающей системы сеялки ПД-76 (левая половина). затраты энергии воздушного потока с целью вторичного разгона частиц. Сравнительно большая длина трубопроводов также способствует увеличению гидравлического сопротивления системы. Все это в конечном итоге затрудняет ввод семян в зону избыточного давления и требует постановки мощных вентиляторов.
Из-за наличия двух ступеней деления и несовершенства самого принципа распределения, заложенного в этих системах, равномерность распределения в них также не высока. Особенно это проявляется при работе сеялок на склонах. Данные немецких ученых свидетельствуют, что даже одноступенчатая аккор-довская головка ухудшает [219] равномерность на пшенице от 2,3 % до 18,4 %, а на горохе с 2,9 % до 33,4 % при наклоне до 15. Эти данные естественно значительно хуже для двухступенчатых аккордовских систем. Поэтому следует признать, что пневматические системы уступают высевающим системам с ин 36 дивидуальным дозированием в качестве распределения семян по сошникам, особенно на полях с уклонами. Это подтверждают многие исследователи [220,223...225]. Неслучайно данному вопросу уделяется повышенное внимание [41,42,220...224].
Большой недостаток двухступенчатых пневматических систем - повышенное травмирование семян. Согласно результатам испытаний [35,36,39] повреждение семян зерновых культур составляет 0,1...0,8 %, гороха - 0,1...1,5 %.
По этим причинам большинство зарубежных фирм и отечественные производители перешли на выпуск одноступенчатых пневматических централизованных высевающих систем, выполненных по второй схеме. Они также имеют один или два дозатора. С такой системой разработаны сеялки СЗПН-6 (СССР), СПУ-6 (Беларусь), Akkord Land (ФРГ) и другие (рис. 1.6). Качество работы таких машин существенно улучшилось по сравнению с двухступенчатыми системами, но присущие им недостатки не ликвидированы полностью. Особенно это касается травмирования зерна и работа на полях с уклонами. Такие системы невозможно использовать на широкозахватных агрегатах (10... 16 м).
К третьей схеме относятся пневматические системы индивидуального дозирования, где на каждый сошник имеется своя катушка. Такую систему имеют сеялки "Таив" (Швеция), "СУП-48" (Румыния), ВТН-600 "Mahier" (Франция), СПР-6 (СССР) и другие (рис. 1.7). Достоинство таких сеялок в том, что они практически не ухудшают равномерность высева при работе на полях с уклонами. А использование традиционной высевающей системы с наличием отдельной катушки на каждый сошник и пневматической доставкой семян в Пневматическая сеялка индивидуального дозирования ВНТ-600 "Mahier" (Франция) почву при большой ширине захвата сеялки (6 м) позволяет централизовать бункер, что значительно упрощает заправку ее посевным материалом. Однако из-за малых проходных сечений в зоне входа семян в пневмопровод в этой схеме невозможен высев овса и овсяных смесей, затруднен высев больших норм гороха. В связи с наличием большого количества пневмопроводов и их деформацией усложняется эксплуатация сеялки. Такая схема не позволяет разработать сеялку шириной захвата 12 м. Это обусловлено практической невозможностью размещения 80 катушек на бункере шириной 2 м, а также существенным снижением работоспособности пневмосистемы из-за большой разницы по длине крайних и средних пневмопроводов. Система требует большой мощности на привод вентилятора, и не обеспечивает равномерности высева, как у рядовых сеялок.
К четвертой схеме относятся пневматические системы группового дозирования (одноступенчатые), у которых один дозатор обслуживает 4... 12 сошников. Такую систему имеют сеялки М-170 "Morris" (Канада), модель 8500 "Case IH" (США), модель 1600 "Flexi-coil" (Канада) (рис. 1.8), а также сеялки, разработанные при непосредственном участии автора СУПЦ-5,4 (СССР), СОЛ-4,2 (СССР), С-6 (Беларусь) (рис. 1.9).
Влияние скорости частиц на равномерность высева
При проведении первоначальных опытов в качестве высеваемого материала использовался ячмень «Эльгина», люпин «Академический-1» и лен «Оршан 66 ский-2» как наиболее существенно отличающиеся по своим физико-механическим свойствам. Влажность семян находилась соответственно в пределах: 14,6... 15,2; 15,9... 16,5; 11,8... 12,3 %, что соответствует стандартной посевной. Масса тысячи зерен составляла соответственно около 40; 227; 4,7 г. При отработке системы использовались различные семена овощных культур, лекарственных и кормовых трав, пропашных и зерновых культур, минеральных удобрений.
Визуальное наблюдение за распределением частиц в распределителе осуществлялось с использованием стробоскопической установки СУ-1 в комплекте со строботахометром ПСТ-ІМс. Для этого нижняя стенка распределителя выполнялась прозрачной из органического стекла. В необходимых случаях проводилось фотографирование летящих частиц через прозрачную стенку фотоаппаратом «Зенит-Е» с объективом «Гелиос-44».
Для более глубокого изучения сущности процесса распределения проводилась его скоростная киносъемка кинокамерой марки СКС-1М с дальнейшим просмотром пленки на кинопроекторе «Украина» с замедлением в 31 раз.
Расчет необходимых показателей, характеризующих количественную изменчивость опытных данных, проводился по известным формулам математической статистики [293, 294]. Среди таких показателей определялись средняя арифметическая М , дисперсия ст , среднее квадратическое отклонение а и коэффициент вариации V.
Число повторностей опытов принималось трехкратной, исходя из 95%-ной надежности показаний, как наиболее распространенной при технических исследованиях [293, 295].
Оценка качественных показателей распределяющих устройств может производится по коэффициенту вариации , так и по средней неравномерности распределения материала. Существующие ныне стандарты, к сожалению, не дают единого критерия в подходе к этому вопросу и не указывают на количественную величину этих оценок применительно к распределяющим устройствам пневматических ЦВС. Поэтому в своих исследованиях мы использовали стандарты ОСТ 70.5.1-82 «Машины посевные. Программа и методика испытаний», а также ГОСТ 1714-68 «Аппараты высевающие катушечные».
Для оценки количественной величины принимали во внимание ГОСТ 1714-68 «Аппараты высевающие катушечные», согласно которому средняя неравномерность распределения неравномерность для зерновых не должна превышать 6 %, материала между катушками не должна превышать: для зерновых - ± 3%; для зернобобовых - ± 4%; для семян льна - ± 5%. Для пневматических систем принимали во внимание ТЗ на сеялку СЗПЦ-12 и ТЗ на сеялку С-6, для которых средняя для зернобобовых и семян трав - 10%.
Исследование пневматического транспорта, как правило, связано с проведением аэродинамических измерений и тарированием измерительных средств. В настоящей работе эти вопросы решались в соответствии с общими требованиями аэродинамики [296, 297, 298]. При измерениях давления применялись жидкостные манометры типа ММН и специально изготовленные батарейные манометры (рис.2.9). Для измерения давления в пределах 2000.. .4000 Па применялся манометр с высотой стеклянной трубки 0,3 м. Оба батарейных манометра состоят из шести одинаковых манометров. Каждый из них состоит из резервуара и соединенной с ним стеклянной трубки с внутренним диаметром 8 мм. Трубки манометров смонтированы на миллиметровой бумаге, в центре которой нанесена шкала. Резервуары манометров заполнены подкрашенной дистиллированной водой.
Все манометры подвергались обязательному тарированию по образцовому микроманометру типа ММ-250 по известной методике [298] с определением коэффициента тарирования А, на который умножались показания приборов. При определении давления микроманометром ММН-240 показания умножались на синус угла наклона мерной трубки или коэффициент микроманометра к. Тогда давление, измеряемое микроманометром, составляло: H = h-k, (2.2) где h - отсчет по микроманометру.
Исследования проводились при значениях атмосферного давления, влажности и температуре воздуха, равных или близких к стандартным. В качестве датчиков для снятия статического давления использовались трубки с внутренним диаметром 1 мм и наружным 2 мм, которые тщательно устанавливались перед проведением каждой серии опытов.
Аэродинамическое сопротивление отдельных участков пневматической высевающей системы определяли по разности показаний батарейного манометра на границах изучаемых участков. Одновременно с замером потерь давления на изучаемом участке замеряли потери давления на участке прямолинейного трубопровода длиною в 1 м для дополнительного контроля за режимом работы системы.
Для определения потерь давления воздуха в распределителях датчики устанавливали на расстоянии 100 мм от места внезапного расширения или сужения потока. Более близкое расположение датчиков дает нестабильные показания воздушного потока. Для замера давления воздуха на выходе распределителя устанавливали три датчика на семяпроводах, расположенные в центре и по краям. Из трех показаний определяли среднее.
Наибольшую трудность при исследовании пневматического транспорта представляет установка необходимой скорости и расхода воздуха. Существующие методы определения скорости воздуха по коллектору или при помощи пневмометрических трубок представляют определенную трудность, а порой и непригодность при транспортировании по трубопроводам аэросмеси, так как установленные приборы нарушают процесс транспорта частиц и искажают показания приборов. В связи с этим измерение скорости воздуха производилось нами до места подачи материала, что обеспечило высокую надежность показаний. Такое измерение стало возможным благодаря герметичному исполнению бункеров.
Влияние подачи материала и скорости воздуха на потери давле- ния в системах и их узлах
Согласно исследованиям доктора техн. наук И.Е. Идельчика [313], существенное улучшение аэродинамики потока в диффузоре происходит при размещении в его выходном сечении сопротивления, равномерно распределенного по всей площади (сетки). Оно приводит к сокращению вихревой зоны в нем и выравниванию поля скоростей. Это одновременно уменьшает колебания скорости во времени и способствует снижению потерь давления воздуха в самом диффузоре. Особенно это проявляется в конструкции, боковые стенки которой выполнены по уравнению, удовлетворяющему условию dP/dx=const. Сущность происходящего здесь явления заключается в следующем: воздушный поток с сильно вытянутым профилем скоростей, встречая сопротивление, начинает растекаться из области больших скоростей в центральной части сечения в область меньших скоростей (по краям). Тем самым происходит поджатие вихревой зоны в диффузоре и значительно повышается общая устойчивость потока. Однако степень улучшения работы диффузора зависит от величины помещенного сопротивления. Недостаточная ее величина не дает желаемого эффекта. Слишком большое сопротивление приводит к изменению вытянутого профиля скоростей на вогнутый (скорость по краям становится больше, чем по центру).
Предлагаемая конструкция распределителя представляет собой диффузор, в выходном сечении которого расположены семяпроводы, создающие сопротивление, равномерно распределенное по сечению распределителя. От правильного выбора диаметра семяпровода будет зависеть устойчивость потока, а вместе с ним и устойчивость качественных показателей. Чрезмерное завышение диаметра семяпровода приведет к малому сопротивлению в выходном сечении распределителя, а соответственно, и к менее устойчивому воздушному потоку в нем. Применение же диаметров малого сечения также нецелесообразно. Во-первых, они могут создать слишком большое сопротивление. Во-вторых, при изменении режимов работы системы, согласно исследованиям к.т.н. Куриловича К.К. [269], для них наблюдается более интенсивный прирост сопротивления, чем для больших диаметров, что приведет к значительному изменению сопротивления в выходной части распределителя при изменении условий работы сеялки. Таким образом, большие колебания сопротивления при малых диаметрах семяпровода будет отрицательно сказываться на аэродинамике потока в распределителе, а следовательно, и на распределение семян. Получить оптимальное значение диаметра семяпровода теоретическим путем не представляется возможным. Поэтому этот вопрос требует экспериментального исследования.
Исследования влияния диаметра семяпровода на энергопотери [282] (потери давления воздуха) проводились на шестиканальном распределителе, размеры которого были рекомендованы в результате предшествующих исследований. Так, ширина его выходного сечения составляло 180 мм, угол установки отражательной пластины был равен 24, боковые стенки же выполнены по уравнению 3.9 (см. 3.2.), полученному нами ранее теоретическим путем, т.е. раструб распределителя имел форму диффузора с криволинейными стенками (рис. 3.14). Выбор диаметра семяпроводов для проведения опытов проводился с учетом их реального использования. В качестве высевающего материала использовался ячмень. Полученные данные показаны на рис. 3.15. Из них видно, что диаметр отводящих патрубков существенно влияет на потери давления воздуха в распределителе. При скорости воздуха 26 м/с и подачи материала 92,3 г/с энергопотери с использованием диаметра семяпровода, равного 27 мм, оказались почти в 4,5 раза меньше, чем при диаметре, равном 19 мм. Интенсивность снижения потерь давления с дальнейшим увеличением диаметра семяпроводов заметно уменьшается. Главной причиной влияния диаметра семяпроводов на потери давления в распределителе являются на наш взгляд местные сопротивления, обусловленные сужением потока при входе его в семяпровод. Дополнительно к этому, при малом значении диаметра уменьшается вероятность попадания частиц после удара о сферический отражатель непосредственно в семяпровод, т.е. возрастает число семян, скорость которых практически теряется уже в распределителе. Это приводит к дополнительным затратам энергии, связанным с необходимостью вторичного разгона частиц для их дальнейшего транспортирования. Проведенные опыты говорят о целесообразности использования в качестве семяпроводов полиэтиленовых труб внутренним диаметром 25-27 мм. Дальнейшее увеличение диаметра, с нашей точки зрения, нежелательно, т.к. это будет приводить к неоправданному увеличению материалоемкости, а выигрыш в энергоемкости очень мал.
При исследовании влияния диаметра семяпроводов на энергопотери в распределителе было обнаружено, что с изменением внутреннего диаметра отводящих патрубков происходит некоторое перераспределение высеваемого материала между каналами в выходной части распределителя. Так как расстояние между делителями оставалось постоянным при различных диаметрах семяпроводов, то единственной причиной, влияющей на перераспределение материала, являлась величина статического давления на выходе распределителя, создаваемого семяпроводами. Тем самым подтвердились теоретические предпосылки, изложенные в разделе. С целью изучения этого явления нами был поставлен специальный эксперимент на распределителе, делящем поток материала на шесть частей (рис.3.14). Статическое давление на выходе распределителя создавалось путем изменения длины отводящих патрубков внутренним диаметром 25 мм. Подача материала и скорость воздуха в ходе исследований оставались постоянными и составляли соответственно 69 г/с и 26 м/с. Длина семяпроводов принималась равной 0,20, 1, 2, 3,4 и 5 м.
Зависимость средней неравномерности распределения материала от величины статического давления («подпора») на выходе распределителя показана на рис.3.16, откуда видно, что при значительном изменении статического давления в семяпроводах происходит существенное (рис.3.17) перераспределение материала в каналах отводящих патрубков. Так, при нормальной длине семяпровода 1 м (настроечный вариант) средняя неравномерность находилась в пределах 2.4- 2.6%, «подпор» при этом составил 150 Па. Увеличение же статического давления до 300 Па при длине семяпровода 2 м привело к ухудшению равномерности до 3,8-4,4%. При давлении на выходе распределителя 480 па (Lc = 3 м), 620 Па (Lc = 4 м) и 810 Па (Lc -5 м) средняя неравномерность распределения материала соответственно составила 6-6,5%; 6,2-6,8% и 5,5-6,0%. На основании этого можно отметить, что при сравнительно большом подпоре на выходе из распределителя от 480 до 810 Па (Lc = 3-5 м) не наблюдается столь интенсивного перераспределения материала (А = 5,5-6,8%). Но в предлагаемых системах с распределителями горизонтального типа длина семяпровода от распределителя конечной ступени будет составлять в среднем 0,5-1,5 м. Следовательно, для таких условий необходимо обеспечить как можно меньшее изменение статического давления в семяпроводах при различных подачах материала и режимах работы системы. В этом случае в распределителе будет наблюдаться наиболее стабильный процесс распределения материала.
Таким требованиям в большей степени удовлетворяют семяпроводы внутренним диаметром 25-27 мм. Согласно исследованиям к.т.н. Куриловича К.К. [269], для них наблюдается менее интенсивный прирост сопротивления при широком изменении воздушных режимов и подач материала. В наших исследованиях при постановке отводящих патрубков внутренним диаметром 25 мм и длиной 1 м величина подпора изменялась от 100 до 200 Па при широком изменении режима работы системы (VB = 20-26 м/с) и подаче материала q = 5-15 г/с в один семяпровод, что вполне отвечало требованиям по устойчивости качественных показателей.
Для диаметра семяпровода 23 мм при тех же условиях изменения статического давления составляли 120-340 Па, что нельзя считать приемлемым (см. рис. 3.16) из условий равномерности высева.
