Введение к работе
Актуальность темы. Развитие животноводства в Поволжском регионе ставит вопрос о необходимости увеличения производства и применения высокоэффективных кормов. Одной из перспективных кормовых культур, обладающих высокой урожайностью и питательной ценностью, является амарант метельчатый, интерес к которому вырос в последние годы. ГНУ НИИС им. Константинова Самарской области проводит селекционные исследования по его воспроизводству. Лицензирован сорт амаранта «Кинельский 254», проводится работа по созданию новых сортов кормового и зернового направления.
Одним главных из условий, позволяющих обеспечить достижение высокой планируемой урожайности амаранта, является его точный посев с заданным межсеменным интервалом. Равномерное распределение семян и растений необходимо в связи с высокими требованиями к зоне питания. В то же время, анализ существующей агропрактики и конструкций современных высевающих устройств для мелкосемянных культур показывает, что они не позволяют полностью выполнить агротребования по точности распределения семян в рядке при посеве амаранта, ввиду особо малых размеров семян и особенностей их физико-механических свойств.
В связи с этим создание технических средств и технологий, позволяющих производить точный посев амаранта метельчатого согласно агротехнических требований, является актуальной научной и практически значимой задачей для АПК России.
Степень разработанности темы. Уточнена классификация высевающих устройств, способных производить посев мелкосемянных с.-х. культур, выявлены их недостатки: катушечные типы устройств высевают неравномерно, пучками; пневматические устройства имеют низкую равномерность, забиваются пылью; все остальные типы высевают с большими отклонениями от требуемых для амаранта агротехнических показателей посева. Уточнены физико-механические свойства семян амаранта метельчатого сорта «Кинельский 254», разработана конструктивно-технологическая схема механического ячеисто-дискового высевающего устройства, теоретически обоснованы закономерности, характеризующие влияние режимных и конструктивных параметров на рабочий процесс механического ячеисто-дискового высевающего устройства, проведена экспериментальная проверка работы механического ячеисто-дискового высевающего устройства в лабораторных и полевых условиях на свекловичной сеялке.
Работа проводилась по плану НИОКР ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА по направлению 02.01.03 «Разработать комплекс приоритетной почвообрабатывающей и посевной техники высокого уровня с оптимальным набором сменных рабочих органов, адаптивных к различным почвенным условиям», согласно теме «Совершенствование технологических процессов и рабочих органов посевных машин и комбинированных агрегатов, обеспечивающих энерго-ресурсосбережение при возделывании с.-х. и лесных культур».
Цель работы – повышение качества посева семян амаранта метельчатого совершенствованием технических средств и технологического процесса.
Задачи исследований:
1. Разработать конструктивно-технологическую схему и конструкцию механического ячеисто-дискового высевающего устройства на базе свекловичной сеялки для посева амаранта метельчатого.
2. Выполнить теоретические исследования по оценке влияния конструктивных и режимных параметров механического ячеисто-дискового высевающего устройства для посева амаранта метельчатого на вариацию межсеменных интервалов.
3. Исследовать в лабораторных условиях физико-механические свойства семени амаранта метельчатого для создания механического ячеисто-дискового высевающего устройства и оценить влияние конструктивных и режимных параметров на качественные показатели посева.
4. Провести полевые исследования экспериментальной сеялки с рабочими секциями, оснащенными механическими ячеисто-дисковыми высевающими устройствами для посева амаранта метельчатого и оценить экономическую эффективность от повышения качества посева.
Объект исследований – технологический процесс посева семян амаранта метельчатого механическим ячеисто-дисковым высевающим устройством на базе свекловичной сеялки.
Предмет исследований – конструктивные и режимные параметры механического ячеисто-дискового высевающего устройства для посева семян амаранта метельчатого «Кинельский 254», показатели качества посева.
Научная новизна работы:
- конструкция механического ячеисто-дискового высевающего устройства точного высева;
- аналитическое выражение зависимости критической скорости движения семян амаранта относительно вертикального высевающего диска;
- теоретическая зависимость, описывающая угол установки отражателя семян, при котором не происходит защемления второго семени, попавшего в ячейку высевающего диска;
- уравнение, определяющее профиль рабочей грани выталкивателя семян высевающего устройства;
- экспериментальные зависимости вариации распределения семян амаранта метельчатого в рядке от конструктивных и режимных параметров высевающего устройства.
Новизна технического решения подтверждена патентом РФ на изобретение № 2347349 и на полезную модель № 61981 «Высевающее устройство».
Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты научных исследований послужили основой для разработки механической сеялки точного высева для мелкосеменной культуры амаранта метельчатого сорта «Кинельский 254». Использование сеялки с механическим ячеисто-дисковым высевающим устройством для посева амаранта метельчатого позволило получить, за счет равномерного посева и распределения семян в рядке на полях размножения ГНУ Поволжский НИИСС им. П.Н. Константинова, повышение урожайности культуры на зерно и зеленную массу в среднем за пять лет по зерну на 24…35% и более чем в два раза соответственно.
Методология и методы исследований. Теоретические исследования выполнялись с использованием 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, метода сравнительных исследований сеялок,оснащенных катушечными высевающими устройствами (контрольная сеялка) и ячейко-дисковыми высевающими устройствами (экспериментальная сеялка). Основные расчеты и обработка результатов экспериментов выполнялась на ЭВМ с использованием стандартных пакетов программ MathCAD, Excel, и Statistica.
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
1. Конструктивно-технологическая схема и конструкция механического ячеисто-дискового высевающего устройства для точного посева амаранта метельчатого.
2. Аналитические зависимости критической скорости движения семян амаранта относительно вертикального высевающего диска; угла установки отражателя, при котором не происходит защемление второго семени попавшего в ячейку высевающего диска, а также уравнения определяющие профиль рабочей грани выталкивателя высевающего устройства.
3. Рациональные значения конструктивных и режимных параметров ячеисто-дискового высевающего устройства точного посева, обеспечивающие наилучшую равномерность высева семян амаранта метельчатого.
4. Экспериментальные зависимости неравномерности высева семян от конструктивных и технологических параметров механического ячеисто-дискового высевающего устройства.
5. Показатели качества посева семян амаранта метельчатого на полях размножения и сортоиспытания.
Реализация результатов исследований. Предложенное механическое ячеисто-дисковое высевающее устройство установлено на модернизированную свекловичную сеялку, которая исследована на полях размножения и сортоиспытания в Поволжском научно-исследовательском институте селекции и семеноводства имени П.Н. Константинова, а так же полях с.-х. предприятий ООО «Подстепинское», ИП «Кузнецов» Самарской области при возделывании амаранта метельчатого «Кинельский 254» на корма и зерно. Внедрение разработки при возделывании амаранта метельчатого в условиях ГНУ НИИСС им. П.Н. Константинова подтверждено актами испытаний и внедрения.
Степень достоверности и апробация результатов. Степень сходимости теоретических и экспериментальных данных определялась по критериям Стъюдента и Фишера, подтверждена экспериментальными исследованиями и практической реализацией разработанного механического дискового высевающего устройства точного посева в лабораторных и полевых условиях.
Основные результаты исследований доложены и одобрены на научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО «Самарская ГСХА» (2004, 2005, 2006, 2010…2013г.г.), ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова» (2012г.), ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА» (2012).
Экспериментальная сеялка с механическим ячеисто-дисковым высевающим устройством экспонировалась на: X Губернской выставке «Достижения в области сельскохозяйственного производства» 21-23 сентября 2007 г., XIII Поволжской агропромышленной выставке «Всероссийский день фермера» 10-12 июня 2011 г., XIV поволжском агропромышленном форуме 21-23 сентября 2012 г. (г.о. Кинель, п.г.т. Усть-Кинельский); 2-й молодежной областной выставке «Технопарк 2012» 8 сентября 2012 г. (г. Новокуйбышевск); Молодежном образовательном форуме Приволжского ФО «I Волга - 2013» 17…30 июня 2013 г. (п.г.т. Прибрежный); 3-й молодежной областной выставке «Технопарк 2013» 31 августа 2013 г. (г. Новокуйбышевск) где отмечена дипломами. На «XV Поволжском агропромышленном форуме 2013» 13…14 сентября 2013 г. экспериментальная сеялка награждена Золотой медалью.
Публикации. По диссертационной работе опубликовано 13 печатных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, указанных в «Перечне…ВАК», получены патенты РФ на изобретение и полезную модель. Общий объем публикаций составляет 4,06 п.л., из которых 1,92 п.л. принадлежит автору.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 107 наименований и приложения на 30 с. Работа изложена на 146 с., содержит 14 табл. и 48 рис.
