Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований б
1.1. Краткая история развития посевных машин 6
1.2. Агротехнические требования к посеву пропашных культур 15
1.3. Обзор высевающих аппаратов современных пропашных сеялок 17
1.4. Обзор теоретических и экспериментальных исследований высевающих аппаратов точного высева. 33
1.5. Выводы 45
1.6. Цель работы и задачи исследований 46
2. Теоретические предпосылки к исследованию кольцевых высевающих аппаратов 48
2.1. Обзор теоретических исследований кольцевых высевающих аппаратов
2.2. Рабочий процесс однокольцевого высевающего аппарата
2.3. Анализ процесса высева семян кольцевым высевающим аппаратом 59
3. Программа и методика исследований
3.1. Экспериментальная установка для исследования однозерновых высевающих аппаратов
3.2. Устройство экспериментальных высевающих аппаратов 69
3.3. Методика исследований 75
3.4. Методика определения характеристик семян
3.5. Методика полевого опыта 8I
4. Результаты экспериментальных исследований высевающих аппаратов 8б
4.1. Исследование ячеисто-дискового высевающего аппарата 86
4.2. Исследование двухкольцевого высевающего аппарата с рифами 94
4.3. Исследование двухкольцевого высевающего аппарата с гладкой поверхностью
4.4. Исследование однокольцевого высевающего аппарата 102
4.5. Сравнительные показатели 127
4.6. Результаты полевых опытов 136
4.7. Экономическая эффективность 142
Общие выводы и предложения 148
Литература. 151
Приложение 163
- Агротехнические требования к посеву пропашных культур
- Обзор теоретических исследований кольцевых высевающих аппаратов
- Устройство экспериментальных высевающих аппаратов
- Исследование однокольцевого высевающего аппарата
Введение к работе
Посев является одной из важнейших агротехнических операций в технологическом комплексе мероприятий по возделыванию сельскохозяйственных культур. Урожайность зависит от качества выполнения и сроков проведения всех работ и, в частности, во многом зависит от качества работы посевных машин. В настоящее время развитие конструкций посевных машин для пропашных культур направлено на универсализацию и повышение равномерности распределения семян вдоль рядка при повышении скорости движения агрегата и увеличение ширины захвата.
Как в Советском Союзе, так и за рубежом применяются разнообразные типы сеялок для посева пропашных культур. В Ираке имеется небольшое количество сеялок, закупленных за рубежом. Однако они недостаточно приспособлены к условиям Ирака. Сельскохозяйственная площадь, пригодная для возделывания сельскохозяйственных культур, в Ираке равняется 48 млн.дунамов (12 млн.га). Площадь, на которой фактически проводятся сельскохозяйственные работы, составляет 30,8 млн.дунамов. Следовательно, используется только 64$ пригодной площади /I/. С другой стороны, площадь, занимаемая под пропашными культурами, увеличивается. На 10-й ежегодной сельскохозяйственной конференции было принято постановление довести посевные площади под сахарную свеклу до 4000 дунамов (1000 га), хлопка - до 57 тыс. дунамов (14250 га), кукурузы - до 12 тыс.дунамов (3000 га) /2, 3/.
Сахарная свекла выращивается в стране с недавнего времени как опытная культура. Проведенные опыты показывают, что почвенно-кли-матические условия Ирака являются благоприятными для выращивания данной культуры.
Однако проблема потребления сахара занимает одно из важных мест в экономике Ирака. В настоящее время наша страна не может
полностью обеспечить собственным производством потребность населения в сахаре. Поэтому Ираку приходится импортировать сахарную свеклу из других стран с целью переработки на сахарных заводах. За это приходится платить золотой валютой /4/.
Собственное производство сахарной свеклы позволит Ираку уменьшить ввоз сахарного сырья и сахара. Благодаря дальнейшему увеличению площадей под сахарную свеклу, Ирак сможет довести среднегодовое производство сахара до уровня потребления его населением.
Существующие конструкции высевающих аппаратов сеялок для пропашных культур имеют существенные недостатки. Ячеисто-дисковые аппараты требуют набора сменных дисков, необходимости калибрования, возможности дробления семян и ограниченные рабочие скорости. Магнитные высевающие аппараты требуют предварительной обработки семян, пневматические аппараты сложны в конструктивном исполнении. Следовательно, использование сеялок с этими высевающими аппаратами в условиях Ирака экономически нецелесообразно /5/, поэтому целью настоящей работы является совершенствование однозерновых высевающих аппаратов, которые обеспечивают высев как мелких, так и крупных семян при удовлетворении агротехническим требованиям.
Настоящая работа посвящена исследованию кольцевых высевающих аппаратов при высеве разных сельскохозяйственных культур.
Работа выполнялась на кафедре сельскохозяйственных машин Белорусской сельскохозяйственной академии в I98I-I984 годы.в соответствии с планом научных исследований кафедры по теме JS 16.
Полевые опыты проведены на участке поля колхоза "Правда" Го-рецкого района Могилевской области. На защиту выносятся результаты
теоретических исследований по определению рабочего объема од-нокольцевого высевающего аппарата;
экспериментальных исследований кольцевых высевающих аппаратов в сравнении с ячеисто-дисковым.
Агротехнические требования к посеву пропашных культур
Рабочий процесс вертикалі.но-дисковых высевающих аппаратов с внутренним заполнением отличается тем, что семена, поданные из бункера, выбираются по одному ячейками, а лишние семена удаляются с помощью ролика-отражателя /10, 15, 17, 18, 19/.
В начале 50-х годов, наряду с ячеистыми высевающими аппаратами, появились ячеисто-ленточные высевающие аппараты (рис.1.7). Эти аппараты впервые применялись в сеялках фирмы " Stankij " (Англия) /10, II, 12, 20, 21/. По этому типу в последние годы выпускаются сеялки " HLCCshog Exact " (Швеция), 12 Se СХР 450 и 12- &ЕРИІ (ЧССР). Однако в настоящее время эти сеялки не получили широкого распространения в связи с тем, что имеют ограниченную скорость движения. Практика показала, что при рабочих скоростях более 6,5 км/ч значительно снижается равномерность высева. Ячеистые ленты изготавливаются из синтетических материалов или из полотна с резиновым покрытием. Ленты имеют на наружной стороне выступающий ободок, стабилизирующий их движение. Норма высева зависит от типа и размера ленты, поступательной скорости агрегата и передаточного отношения привода /10, II, 12, 22/.
В связи с совершенствованием и улучшением качества посева вдоль рядка были созданы пневматические высевающие аппараты, которые по принципу дозирования семян подразделяются на две основные группы, работающие с помощью избыточного давления и вакуума.
В 1903 г. впервые для однозернового высева пропашных культур был предложен вакуумный барабанный аппарат с ниппельными семенными присосками. В 1914 г. зарегистрирован более совершенный аппарат, имеющий вращающий диск с радиально просверленными отверстиями, равномерно размещенными по окружности диска. Присасывающие отверстия последовательно сообщались двумя продольными каналами с осью вращения диска. С целью присасывания семян и удержания их до момента сбрасывания один из каналов соединяется со всасывающим патрубком вентилятора, а другой канал - с нагнетательным патрубком для сбрасывания семян в сошник. В 1922 г. Альфред Хем-пель предложил для улучшения присасывания семян и их сбрасывания вибрирующий аппарат /23, 24/.
В 1933-1936 гг. работники Всесоюзного научно-исследовательского института сельскохозяйственного машиностроения сконструировали аппарат, состоящий из длинной полой трубы с вибрирующей поверхностью. Труба имела несколько рядов присасывающих отверстий (по количеству сошников сеялки). Для сбрасывания семян в сошник впервые использовался резиновый подпружиненный ролик, помещенный внутри высевающего аппарата /24/.
В 1948 году в сеялке с барабанным аппаратом был использован активный ворошитель семян с механическим сбрасывателем лишних зерен. В I960 г. для сбрасывания лишних зерен применяли нагнетательный патрубок, обдувающий отверстия присосанных семян, и нагнетательный патрубок для подачи сжатого Еоздуха в семенной ящик. В 1961 г. был предложен аппарат с дужкой, перемещающий семена вдоль присасывающих щелей и сбрасывающий их в сошник /23, 24/.
Вакуумные высевающие аппараты не получили широкого произволственного применения. Только Б Румынской Народной Республике сконструирована сеялка СПЧ-б с однозерновым вакуумным высевающим аппаратом для высева некалиброванных семян подсолнечника, кукурузы и других культур. Результаты исследования показали, что эта сеялка нуждается в предварительном калибровании семян и обеспечивает значительно большую точность высева, чем существующие сеялки точного высева с ячеистыми высевающими аппаратами /24/.
В начале 70-х годов появилось несколько конструкций дисковых пневматических высевающих аппаратов, приспособленных для высева пропашных культур. Основной характерной чертой этих аппаратов является регулируемый сбрасыватель лишних семян, заменивший вильчатый сбрасыватель прежних конструкций. Новый сбрасыватель позволяет производить тонкую регулировку присасывания семян, а специальные отверстия обеспечивают визуальный контроль процесса выборки семян /10/.
В настоящее время как в СССР, так и в зарубежных странах продолжается изыскание и исследование конструкций механических и пневматических высевающих аппаратов с целью улучшения качества посева, достижения их простоты и универсальности /18, 22, 25, 32, 34/.
Обзор теоретических исследований кольцевых высевающих аппаратов
В начале 70-х годов для посева пропашных культур появились ( различные марки сеялок с механическими и пневматическими высевающими аппаратами. От качества работы высевающего аппарата зависит качество посева. Поэтому исследователи уделяют большое внимание совершенствованию работы высевающих аппаратов.
Теория катушечного высевающего аппарата является основой развития современных высевающих аппаратов. Многими авторами /48, 49, 50, 51, 52, 53/ и др. установлено, что катушечный высевающий аппарат дает неравномерный высев и не годен для высева крупных и мелких семян. Кроме того, катушечный высевающий аппарат используется для посева семян с большой нормой высева, так как с уменьшением нормы высева ухудшаются его показатели работы.
Теория высевающего аппарата достаточно изучена в трудах В.П. Горячкина /48/, М.Н.Летошнева /54/, А.Н.Карпенко /55/, Ю.А.Вейс /56/, В.А.Криль /51/, А.Н.Семенова /57/, М.Р.Алшинбаева /9/, А.А. Будагова /58/, Ф.В.Грищенко /59/ и др. Результаты их исследований показывают, что дозирование посевного материала происходит порционно, и это является существенным недостатком работы катушечного высевающего аппарата.
Поэтому для пропашных культур необходим такой посев, который бы обеспечивал оптимальную площадь питания растениям и сократил бы затраты на прореживание. Этому требованию может удовлетворить только пунктирный посев, для которого разработаны специальные высевающие аппараты и сеялки /10, II, 12/. Исследования рабочего процесса сеялок точного высева показывают, что наиболее полно отвечает требованиям агротехники высевающий аппарат механического действия с вертикальным расположением высевающего диска. Благодаря низкому расположению высевающего диска над дном борозды (40...50 мм), осуществляется более равномерное распределение семян вдоль рядка по сравнению с аппаратами других конструкций.
Многолетние испытания /29/ советских и зарубежных сеялок показывают, что в установленном интервале оказывалось только 10-15$ семян. Другие семена распределялись со значительным отклонением от установленного интервала.
Улучшению качества работы дискового высевающего аппарата с вертикально расположенным диском посвящены работы В.П.Горячкина /60/, П.М.Василенко /61/, Е.А.Беляева /62/, Б.А.Повидайло /63/, Г.Д.Терскова /64/, С.Д.Полонецкого /65/, Н.Г.Бондаренко /66/, С.А. Ма /67/, Н.Н.Ульриха /68/, С.В.Кордашевского /69/, В.И.Сидоренко /70/, Б.И.Рославцева /71/, Б.Ф.Кузнецова /72/, И.К.Сотникова и других. Несмотря на многократные попытки обеспечить точный высев семян пропашных культур дисковым высевающим аппаратом, вопрос остается открытым.
Исследователи /62, 73, 74/ разделяют процесс высева семян вдоль рядка сеялкой точного высева на 4 фазы: фаза заполнения ячеек семенами, фаза опорожнения ячеек (разгрузка семян из ячеек), фаза падения семени на дно бороздки, фаза движения семян вдоль рядка. Такое деление технологического процесса высева дает более полное представление о распределении семян вдоль бороздки.
Некоторые авторы /73, 74/ связывают процесс заполнения ячеек семенами с путем, который проходят они под слоем семян. Оптимальные условия заполнения ячейки семенами зависят от геометрических размеров ячеек диска, семян и относительной скорости семян по поверхности диска. Фаза заполнения ячеек достаточно хорошо исследована /68, 75, 76/.
В своих исследованиях П.Н.Василенко /77/ представляет заполнение ячеек семенами как процесс выпадения семян из столбика их в банке и отмечает, что заполнение ячеек из единичного столбика семян зависит от скорости высевающего диска, соотношения размеров ячеек и семян, коэффициента внутреннего трения, собственного веса семян и других факторов. В процессе заполнения ячеек семенами Спарварт В.В., Денисов В.П. и Могилевская М.Н. /78/ различают следующие фазы: подход семян к ячейке, проход его в ячейку, укладка семян. Авторы связывают коэффициент заполнения с длиной ячейки диска, углом наклона ячейки, относительной скоростью движения семени, скоростью вращения диска и диаметром ячеек высевающего диска. С повышением скорости вращения диска свыше предельного значения 0,3 м/с часть крупных семян не может заполнять ячейки, потому что с увеличением относительной скорости семян для них создаются невыгодные условия попадания в ячейку. Лабораторное исследование показывает, что с увеличением скорости выше 5 км/ч фактическое количество семян, высеваемых на I пог.м, снижается в среднем на 12...14 на каждый километр повышения скорости.
При анализе процесса заполнения ячеек семенами В.С.Басин /74/ выделяет следующие фазы: в первой фазе семена находятся под воздействием вертикальных и боковых сил давления в бункере и перемещаются от кромки отверстия к его центру с относительной скоростью. Во второй фазе семена находятся под воздействием силы тяжести и сил вертикального давления. В третьей фазе процесса заполнения происходит укладка семян, прошедших через входное отверстие ячейки. Способ укладки семян зависит от формы и размеров ячейки.
Результаты исследований высевающего аппарата с наклонным диском показывают, что при увеличении и уменьшении межцентровых расстояний между ячейками в ряду больше 1,2...9,9 мм улучшает заполнение. Большое влияние на вероятности "нулевого" и "двойного" заполнения оказывает точность размеров ячеек и семян. С увеличением среднеквадратического отклонения семян по толщине только на 0,2 мм происходит увеличение количества ячеек с "двойным" заполнением на 5...В%.
Устройство экспериментальных высевающих аппаратов
Нами разработан однокольцевой высевающий аппарат (рис.ЗЛО) с регулируемым размером выходного отверстия. В корпусе I жестко закреплена стенка 2 (рис.3.II), которая имеет входное 3 и выходное отверстия 4 с заслонкой 5. На втулке 6 жестко закреплена бол -тами 7 капроновая шестерня 8. На этой же Етулке б закрепляется с помощью болта 9 кольцевой высевающий аппарат 10. Аппарат состоит из стакана II и подвижного диска 12 для изменения рабочего объема стакана II. Площадь выходного отверстия 4 можно регулировать с помощью заслонки 5 в зависимости от крупности семян, т.е. для более крупных семян объем стакана увеличивается, а для мелких - уменьшается. Норма высева регулируется только путем изменения частоты вращения вала высевающего аппарата для пропашных культур с целью обеспечения высева по одному семян.
Аппарат работает следующим образом. При вращении кольца 10 семена из бункера 13 самотеком поступают во внутреннюю полость стакана II через входное отверстие 3, затем увлекаются кольцевой поверхностью 10 и через выходное отверстие 4 выбрасываются в борозду. Объем полости стакана можно изменять в зависимости от крупности и сыпучести высеваемых семян путем перемещения ПОДВИЖНОГО диска 12 с помощью болтов 14.
Для исследования высева семян в однокольцевом аппарате нами был изготовлен аппарат, который имел стенку из органического стекла (рис.3.13), которая позволила наблюдать процесс высева семян. Этот аппарат был установлен на экспериментальную установку, которая позволила фотографировать процесс высева с помощью кинокамеры "Киев І6У" (рис.3.14, 3.15, 3.16, 3.17) с частотой 12 кадров в секунду. Дешифровка кинолент выполнялась на аппарате Микрофот.
Общая схема методики экспериментов состояла из исследования производственных и экспериментальных высевающих аппаратов на лабораторной установке с липкой лентой и на полевом участке с установкой исследуемых аппаратов на базе сеялки CCT-I2A. За основной критерий качества работы высевающих аппаратов была принята равномерность продольного распределения семян, оцениваемая по изменению интервала между семенами или растениями вдоль рядка. Этот критерий применялся при оценке как производственных, так и экспериментальных высевающих аппаратов. Производственный высевающий аппарат (ячеисто-дисковый) был взят от сеялки CCT-I2A. Экспериментальный двухкольцевой аппарат с рифами был изготовлен в УПМ ЛСХИ. Экспериментальный двухкольцевой и однокольцевой гладкий были изготовлены наші в мастерских БСХА. В качестве посевного материала использовались сахарная свекла "Белорусская округлая" фракции 3,5...4,5; 4,5...5,5 мм и нека-либрованный горох "Неосыпающийся", боб "Оушро", фасоль "Местная", редька масличная "Радуга", яровой рапс "Кубанский" некалиброван-ный (рис.3.18). Для проведения экспериментальных исследований на лабораторной установке выбрали скорость высевающего аппарата и ленты, близкую к скорости сеялки на различных режимах (скорость аппарата была 5,8; 8,6; 11,5; 16,6; 23,0 об/мин. Скорость ленты была I, 1,5; 2 м/с). Все варианты исследований на липкой ленте производились при трехкратной повторности. Все варианты исследований на постоянство высева производились при 10-кратной повторности и продолжительности опыта 60 с. Отсчет числа оборотов для высевающего аппарата и скорости ленты проводился с помощью тахометра часового ТЧІ0-Р. Пределы измерения об/мин - 50 до 1000 и от 1000 до 10000; линейных скоростей, м/мин - от 10 до 100 и от 100 до 1000. Допускаемая основная погрешность измерения от верхнего предела измерений: частоты вращения ±1%, линейных скоростей ±2%, Расстояние между семенами после высева на липкую ленту замерялось линейкой на длине 4 метра. Экспериментальные данные обрабатывались методами математиче ской статистики с определением основных статистических показате лей: среднего арифметического значения интервала между семенами М , мм, среднего квадратического отклонения б , мм, коэффи циента вариации 1/ , %, ошибки средней арифметической лі , мм и показателя точности опыта Р , % и пошаговой множественной ре грессии по стандартной программе RE-STEP /118, 119, 120, 121, 122/. Для характеристики работы однокольцевого высевающего аппарата при различных режимах и разных высеваемых культурах проводились опыты по установлению устойчивости высева.
Исследование однокольцевого высевающего аппарата
В табл.4.4 представлено влияние скорости движения ленты на равномерность высева при постоянной скорости движения кольца 16,6 об/мин. Как видно из полученных данных, с увеличением скорости движения ленты равномерность распределения семян на клейкой ленте улучшается как калиброванных, так и некалиброванных. Однако следует отметить, что калиброванные семена дают лучшие результаты по сравнению с некалиброванными. С увеличением скорости ленты в 2 раза коэффициент вариации для фракции 3,5...4,5 мм по сравнению с некалиброванными уменьшается в 1,17 раза. Итак, можно сказать: калибрование и увеличение скорости движения ленты ведут к улучшению распределения семян вдоль рядка.
На ЭВМ анализировалось влияние среднего размера семян Рс , мм, частоты вращения вала высевающего аппарата /ig , об/глин, скорости движения клейкой ленты Т/л , м/с. Оценка равномерности Еысева семян вдоль рядка производилась по таким же показателям, как ячеисто-дискового высевающего аппарата. По матрице корреляции этих показателей со средним арифметическим расстоянием между семенами М можно отметить, что наибольшее ( Кк - -0,549) влияние на снижение М оказывает частота вращения вала высевающего аппарата. Уравнение регрессии для среднего арифметического значения расстояния между семенами ЛІ имеет вид: Достоверно влияют на М показатели Пд , Т/А . Так, при увеличении скорости движения ленты VA расстояние между семенами увеличивалось. Наоборот, при увеличении частоты вращения вала высевающего аппарата Пд расстояние уменьшалось. Для коэффициента вариации У,% получили такое уравнение регрессии: Следовательно, с увеличением частоты вращения вала высевающего аппарата равномерность распределения семян вдоль рядка ухудшается. Однако при увеличении скорости движения ленты равномерность распределения улучшается. Исследование двухкольцевого высевающего аппарата с гладкой поверхностью Двухкольцевой высевающий аппарат с рифами и гладкой поверхностью почти одинаковы по принципу работы. Однако они отличаются тем, что у двухкольцевого диска с гладкой поверхностью отсутствует рифлевая поверхность как внутреннего, так и наружного кольца. Этот аппарат разработан с целью проверки равномерности распределения семян.
Результаты влияния частоты вращения вала высевающего аппарата на продольную равномерность распределения семян в зависимости от вида культуры исследовались при постоянной скорости ленты 1,5 м/с. На рис.4.4 видно, что с возрастанием частоты вращения вала высевающего аппарата равномерность распределения семян ухудшается как при высеве гороха, так и при высеве сахарной свеклы. Однако лучшие результаты получены при посеве гороха по сравнению с посевом сахарной свеклы,- Коэффициент вариации соответственно при частоте вращения вала высевающего аппарата 23,0 об/мин составляет 57,5 и 69,1$. Это объясняется тем, что семена гороха более гладкие и круглые. Что касается семян сахарной свеклы, то можно отметить, что калиброванные семена фракции 3,5...4,5 имеют преимущество по сравнению с некалиброванными.
В табл.4.5 приведены результаты опытов на семенах гороха и сахарной свеклы при скоростях ленты от I до 2 м/с и при постоянной частоте вращения вала высевающего аппарата 16,7 об/мин. По данным табл.4.5 можно видеть, что с увеличением скорости ленты равномерность распределения улучшается для гороха и сахарной свеклы, но распределение гороха по сравнению с сахарной свеклой более равномерно, а коэффициенты вариации при скорости ленты I м/с соответственно равны 67,0 и 80,3$.
Расчеты показателей работы двухкольцевого гладкого аппарата проводились аналогично как высевающего аппарата двухкольцевого с рифами. Кроме того, в расчеты включали ширину полости стакана, которая регулируется с помощью подвижного диска. Обозначили средние размеры семян Рс , мм, ширину полости стакана В , мм, частоту вращения вала высевающего аппарата Пд , об/глин, скорость движения ленты 2/л , м/с.
По матрице корреляций факторов с расстоянием между семенами М , мм можно сказать, что наибольшее ( Кс = -0,687) влияние на снижение М оказывает увеличение частоты вращения вала высевающего аппарата. Влияние остальных показателей менее значительно и не превышает коэффициента корреляции Кк - 0,500.
