Введение к работе
Актуальность темы. На урожайность зерновых культур большое влияние оказывает посев. Каждое семя при посеве должно получить оптимальные условия для его произрастания (свет, влага, тепло и т.д.). Качественный посев с соблюдением агротехнических требований (АТТ) позволит получить высокий урожай и окупить затраты труда и денежных средств. Одним из основных и ответственных рабочих органов пневматической сеялки является шнековый дозатор. Шнековые дозаторы, применяемые в пневматических сеялках, не в полной мере отвечают АТТ. При работе шнековые дозаторы дают неравномерный поток высеваемых семян, отчего неравномерность распределения семян по длине рядка, неустойчивость общего высева, дробление семян усугубляются, что приводит к снижению качества посева и урожайности зерновых культур.
В связи с этим работа, посвященная повышению качества посева зерновых культур вследствие разработки и обоснования конструктивных и режимных параметров пневматической сеялки с экспериментальным шнековым дозатором, является актуальной и имеет важное экономическое и хозяйственное значение для агропромышленного комплекса России.
Степень разработанности темы. Решением проблем качественного посева семян зерновых культур и вопросами создания эффективных узлов пневматических сеялок занимались многие отечественные и зарубежные ученые. В развитие конструкции пневматических сеялок, дозаторов значительный вклад внесли ученые Н.И. Кленин, А.Г. Левшин, А.Н. Карпенко, С.А. Ивженко, Н.П. Ларюшин, В.М. Пронин, Н.М. Се-машкин, Ю.М. Исаев, Ю.М. Добрынин, В.А. Прокопенко, К.А. Адигамов, В.Я. Борщев, Н.П. Крючин, С.Н. Киселев, А.Н. Семенов, Г.А. Рогинский, и др.
Для посева семян зерновых и прочих культур применяются различные конструкции шнековых дозаторов.
Шнековые дозаторы с горизонтальным расположением шнека и с переменным шагом, возрастающим в сторону выгрузки зерновой культуры, имеют следующие недостатки: сложность конструкции, уплотнение зерновой культуры в корпусе дозатора, что приводит к сводообразованию. После окончания посева остаются частицы зерновой культуры в дозаторе, происходит защемление семян между винтовыми лопастями шнека и корпусом дозатора. Достаточно высока неравномерность распределения семян по длине рядка, неустойчивость общего высева, дробление семян зерновых культур. Шнековые дозаторы со сводоразрушающим устройством имеют следующие недостатки: обладают большой металло- и энергоемкостью, нуждаются в дополнительном приводе. Повышенная трудоемкость его обслуживания, заметный износ подшипников дозатора, приводит к увеличению расходов энергии и времени.
Шнековые наклонные дозаторы имеют следующие недостатки: значительно снижающие производительность, происходит полное заполнение культурой первой винтовой лопасти шнека, а затем уплотнение зерновой культуры между винтовыми лопастями шнека, вследствие чего случается остановка шнека.
Шнековые дозаторы с вертикальным расположением шнека имеют следующие недостатки: с увеличением числа винтовых лопастей шнека, количество захватов культуры увеличивается, что приводит к увеличению массы и стоимости шнека.
Из проведенного анализа следует, что шнековые дозаторы с вертикальным расположением, используются при посеве семян зерновых культур, однако они не в полной мере обеспечивают соблюдение АТТ. Основными их недостатками являются повышенная неравномерность распределения семян по длине рядка, неустойчивость общего высева, дробление семян, что отрицательно сказывается на качестве посева. Поэтому данный вопрос требует дальнейших теоретических обоснований и новых конструкторских решений.
При создании конструкции пневматической сеялки со шнековым дозатором, была разработана уточненная математическая модель производительности подачи семян дозирующим устройством.
Цель работы – повышение качества посева семян зерновых культур пневматической сеялкой вследствие разработки и применения экспериментального шнекового дозатора.
Задачи исследований:
-
Разработать конструктивно-технологическую схему пневматической сеялки с экспериментальным шнековым дозатором для посева семян зерновых культур с учетом их физико-механических свойств.
-
Теоретически определить конструктивные и режимные параметры пневматической сеялки с экспериментальным шнековым дозатором для посева семян зерновых культур.
-
Разработать и изготовить опытно-конструкторский образец пневматической сеялки с экспериментальным шнековым дозатором, для посева семян зерновых культур, провести лабораторные исследования по определению ее оптимальных конструктивных и режимных параметров.
-
Провести лабораторно-полевые исследования пневматической сеялки с экспериментальным шнековым дозатором для посева семян зерновых культур, и дать ей технико-экономическую оценку.
Объект исследований. Технологический процесс подачи пневматической сеялки с экспериментальным шнековым дозатором.
Предмет исследований. Оценочные показатели качества посева семян зерновых культур пневматической сеялкой с экспериментальным шнековым дозатором, и ее конструктивные и режимные параметры для посева семян зерновых культур.
Научную новизну работы составляют:
конструктивно-технологическая схема и конструкция пневматической сеялки с экспериментальным шнековым дозатором для посева семян зерновых культур;
предложена уточненная математическая модель производительности подачи семян дозирующим устройством;
оптимальные конструктивные и режимные параметры пневматической сеялки с экспериментальным шнековым дозатором.
Теоретическая и практическая значимость. Результаты научных исследований, послужили основой для разработки опытного образца пневматической сеялки с экспериментальным шнековым дозатором для посева семян зерновых культур. Теоретически определены конструктивные и режимные параметры пневматической сеялки с экспериментальным шнековым дозатором для посева семян зерновых культур. Использование сеялки С6-ПМ «Быстрица» с экспериментальным шнековым дозатором, позволяет снизить неравномерность распределения семян зерновых культур по длине рядка до 35,0 %, неустойчивость общего высева до 2,6 %, дробление семян до 0,25 %,
а также увеличить урожайность зерновых культур до 21 %, по сравнению с серийным – (19 %).
Методология и методы исследований. Теоретические исследования технологического процесса подачи сеялки с экспериментальным шнековым дозатором выполнены с использованием основных положений, законов и методов классической механики, математики. Экспериментальные исследования пневматической сеялки с экспериментальным шнековым дозатором проводились в лабораторных и лабораторно-полевых условиях на основе общепринятых методик в соответствии с нормативными документами (ГОСТ 31345-2007, ГОСТ Р 52325-2005, СТО АИСТ 5.6-2010, СТО АИСТ 5.9-2010), а также с использованием теории планирования многофакторного эксперимента. Основные расчеты и обработка результатов экспериментов выполнялись с использованием стандартных прикладных программ «MATLAB 2017», «Компас-3D».
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
-
Конструктивно-технологическая схема и конструкция пневматической сеялки с экспериментальным шнековым дозатором для посева семян зерновых культур.
-
Уточненная математическая модель производительности подачи семян дозирующим устройством.
-
Оптимальные значения конструктивных и режимных параметров пневматической сеялки с экспериментальным шнековым дозатором для посева семян зерновых культур.
4. Числовые значения показателей, характеризующих качество посева = 49
град., вш = 15 град., Рн = 4,4 кПа семян зерновых культур пневматической сеялкой с
экспериментальным шнековым дозатором.
Реализация результатов исследований. Пневматическая сеялка с экспериментальным шнековым дозатором для посева семян зерновых культур, прошла производственную проверку в КФХ Медведевой С.Н. Малосердобинского района, Пензенской области в 2015–2016 гг. и принята к серийному производству на ОАО «Радиозавод» г. Пенза.
Степень достоверности и апробация результатов исследований.
Степень достоверности полученных данных обеспечена сопоставлением результатов теоретических и экспериментальных исследований, использованием сертифицированных средств контроля и измерения параметров, стандартных методик экспериментальных исследований и практической реализацией разработки в лабораторно-полевых условиях. Основные научные положения и выводы диссертационной работы докладывались на региональных, международных, всероссийских конференциях ФГБОУ ВО Курганский ГТУ (2006 г.), ФГБОУ ВО Дагестанский ГТУ (2015 г.), ФГБОУ ВО Иркутский ГТУ (2016 г.), ФГБОУ ВО Пензенский ГТУ (2016 г.), ХХ международной научно-практической конференции «Современные тенденции развития науки и технологий» (Белгород, 2016), ХХI международной научно-практической конференции «Современные тенденции развития науки и технологий» (Белгород, 2016), III международной научно-практической конференции (Санкт-Петербург, 2017).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 18 работ, в том числе в пяти изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент РФ на изобретение № 2347343 «Пневматический высевающий аппарат», № 2530154 «Пневматический высевающий аппарат с регулирующей дозируемой системой». Общий объем публикаций составляет 4,88 п.л., из них автору принадлежит 2,76 п.л.
Личный вклад автора в работу. По теме диссертации автором выполнены все этапы работы, заключенные в его личном участии в проведении обзора существующих пневматических сеялок и шнековых дозаторов для посева семян зерновых культур, постановке цели и задач исследований, теоретическом обосновании технологического процесса подачи семян зерновых культур пневматической сеялкой со шнековым дозатором, проведении лабораторных и лабораторно-полевых исследований, получении экспериментальных данных, расчете экономической эффективности использования сеялки С6-ПМ «Быстрица» с экспериментальным шнековым дозатором.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературы из 159 наименований и приложения на 27 страницах. Работа изложена на 143 страницах, содержит 50 рисунков и 17 таблиц.