Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 11
1.1 Агротехнические требования, предъявляемые к способам посева и распределения семян зерновых культур по площади 11
1.2 Технологический процесс и анализ существующих способов посева зерновых культур 13
1.3 Современные отечественные и зарубежные пневматические сеялки... 17
1.4 Технологические схемы подачи семян пневматических высевающих систем 27
1.5 Анализ типов распределительных устройств пневматических сеялок ... 30
1.6 Анализ работ по обоснованию параметров пневмосистемы 34
1.7 Анализ выбора технологии и техники для предпосевной обработки почвы, создающей условия работы сеялки с предлагаемым распределителем семян 39
1.8 Цель и задачи исследования 42
2 Теоретические исследования распределителя семян 43
2.1 Общие сведения 43
2.2 Уравнение образующей распределителя 45
2.3 Обоснование конструктивных и технологических параметров распределителя семян 54
2.4 Исследование движения семян при поворотах и вертикальных участках трубопровода 62
2.4.1 Движение семян в отводе и в распределителе 62
2.4.2 Движение семян в вертикальном трубопроводе 67
2.5 Обоснование,, влияния длины семяпроводов на неравномерность распределения и выбор технологической схемы пневмосистемы сеялки 73
2.6 Расчет подачи семян пневмосистемы сеялки 76
3 Методика экспериментальных исследований 80
3.1 Методика лабораторных исследований 80
3.1.1 Цель и программа лабораторных исследований 80
3.1.2 Методика определения аэродинамических свойств семян 80
3.1.3 Методика исследования распределителя семян 84
3.1.4 Лабораторная экспериментальная установка, измерительные приборы и аппаратура 85
3.2 Методика полевых исследований 87
3.2.1 Цель и программа полевых исследований 87
3.2.2 Методика исследования агротехнических показателей работы сеялки 88
3.3 Общая методика обработки результатов экспериментальных исследований 93
3.4 Определение погрешности измерений и числа повторности экспериментов 100
4 Анализ результатов экспериментальных исследований 102
4.1 Результаты лабораторных исследований 102
4.1.1 Исследование аэродинамических свойств и движения семян в вертикальном трубопроводе 102
4.1.2 Исследования распределения воздушного потока в распределителе 104
4.1.3 Исследования распределения воздушного потока в семяпроводах 106
4.1.4 Исследование технологической схемы централизованного общего одноступенчатого высева семян сеялки с плоским распределителем семян 109
4.2 Результаты полевых исследований 112
4.2.1 Исследования по условиям испытаний 110
4.2.2 Агротехническая оценка качества работ посевного комплекса Solitair 12 и сеялок СЗ-3,6, СПБМ-8 112
4.2.3 Исследования неравномерности и неустойчивости посева зерновых культур 116
5 Технико-экономическая и энергетическая оценка сеялки спбм-8 с разработанным распределителем 122
5.1 Принцип работы сеялки СПБМ-8 и результаты производственных испытаний 122
5.2 Агротехнические требования, предъявляемые к фону для посева сеялкой СПБМ-8 123
5.3 Технико-экономическая и энергетическая оценка эффективности применения сеялки СПБМ-8 с разработанным распределителем 125
Общие выводы 135
Список литературы 137
Приложения 152
Приложение а (рекомендуемое) 153
Приложение б (рекомендуемое) 155
Приложение в (справочное) 167
- Анализ типов распределительных устройств пневматических сеялок
- Обоснование,, влияния длины семяпроводов на неравномерность распределения и выбор технологической схемы пневмосистемы сеялки
- Исследование аэродинамических свойств и движения семян в вертикальном трубопроводе
- Принцип работы сеялки СПБМ-8 и результаты производственных испытаний
Введение к работе
Актуальность работы. Производство зерна является основной отраслью агропромышленного производства, предназначенной обеспечить население продуктами питания, животноводство – кормами, промышленность – сырьём. В технологии производства зерна особое место занимает посев, выполняемый в зависимости от региональных условий различными сеялками, которых должно объединять единое требование – энерго- и ресурсосбережение, сопровождаемое качеством посева.
В настоящее время широкое внедрение в производстве получили пневматические сеялки централизованного высева, основанные на принципе пневмотранспорта семян в сошники, которые позволяют увеличить производительность агрегата и снизить энерго- и ресурсозатраты.
Среди основных факторов, влияющих на качество посева пневматическими сеялками централизованного высева, является совершенство распределителя семян, обеспечивающего равномерное размещение на поле семенного материала по площади питания. Неравномерность высева в рядах доходит до 15 % при агротехническом допуске 3…4 %, что снижает урожайность сельскохозяйственных культур.
В связи с этим исследования, направленные на совершенствование процесса посева пневматическими сеялками, являются актуальными, имеют важное научное и практическое значение.
Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Казанский ГАУ» и в ГНУ «Татарский НИИСХ» Россельхозакадемии по программе НИР Россельхозакадемии 09.01.02 по этапу 09.01.02.01 (№ госрегистрации 15070.7721022959.06.8.002.3).
Разработанная распределительная головка (Патент РФ № 97589) изготовлена в ООО «Варнаагромаш» Челябинской области для пневматической сеялки централизованного высева СПБМ-8, испытана в ООО «Союз-Агро» Альметьевского района Республики Татарстан с участием ФГУ «Поволжская МИС».
Цель работы. Повышение качества технологического процесса посева путем разработки и обоснования конструктивно-технологических параметров распределителя семян пневматической сеялки.
Объект исследования. Сеялка пневматическая блочно-модульная СПБМ-8 централизованного высева с новым распределителем семян.
Предмет исследования. Технологический процесс пневматической сеялки централизованного высева СПБМ-8 с распределительной головкой, разработанной по патенту № 97589.
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием основных законов аэродинамики, гидравлики и классической механики, а также методов математического и физического моделирования. Лабораторные экспериментальные исследования проводились на специально изготовленном оборудовании, а полевые испытания – с участием и по методике Поволжской машиноиспытательной станции с использованием соответствующих ГОСТов. Результаты эксперимента обрабатывались с помощью пакета программ «Statistica 6.0», «АGROS» (версия 2.08, РАСХН, 1999) и методов математической статистики.
Задачи исследования:
1 Изучить состояние вопроса и выявить основные тенденции развития и перспективность пневматического централизованного высева семян зерновых культур.
-
На основании теоретических исследований обосновать схему распределителя семян пневматической сеялки централизованного высева. Разработать теоретические основы построения форм поверхности распределителя семян с различным числом отводящих патрубков, обеспечивающих повышение качественных показателей.
3 Обосновать конструктивно-технологические параметры распределителя семян пневматической централизованной высевающей системы.
-
-
Провести лабораторные эксперименты и полевые испытания нового распределителя вертикального типа для проверки теоретических выводов.
5 Провести сравнительную технико-экономическую оценку сеялки с разработанной конструкцией распределителя.
Научную новизну составляют:
- теоретические основы расчета и проектирования распределителя семян пневматической сеялки централизованного высева (патент РФ на полезную модель № 97589);
- математические зависимости обоснования конструктивно-технологических параметров распределителя семян;
- аналитические зависимости расчета скорости семян и потерь напора в распределителях семян вертикального типа пневматической централизованной высевающей системы.
Практическая ценность:
- разработаны и обоснованы параметры распределителя семян пневмати-ческой сеялки централизованного высева;
- предложена технология посева сеялкой СПБМ-8 с новой конструкцией распределителя семян, которая обеспечила увеличение урожайности пшеницы по сравнению с аналогами на 16…23 %;
- результаты исследований включены в рекомендации «Почвообрабатывающий и посевной комплекс для энерго-, ресурсосберегающего производства продукции растениеводства»;
- результаты исследований внедрены в ООО «Союз-Агро» Республики Татарстан, ООО «Варнаагромаш» Челябинской области и ЗАО «ТехАртКом» г.Челябинска и в учебный процесс ФГОУ ВПО «Казанский ГАУ».
Апробация. Основные положения диссертации были доложены на научных и научно-практических конференциях Казанского государственного аграрного университета (Казань, 2007…2010 гг.); Челябинского государственного агроинженерного университета (Челябинск, 2008 г.); на научно-практических кон- ференциях ГНУ ТатНИИСХ Россельхозакадемии (Казань, 2007…2010 гг.), ГНУ НИИСХ Северо-Востока (Киров, 2007…2008 гг.), ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии (Москва, 2008 г.), на НТС Депнаучтехполитики МСХ РФ (Москва, 2008 г.), на совместном заседании Бюро ОМЭАСХ РАСХН и НТС Депнаучтехполитики МСХ РФ в г.Ярославле (2008 г.). На X-й Российской агропромышленной выставке «Золотая Осень-2008», предлагаемая технология «За создание и внедрение в производство почвообрабатывающего и посевного комплекса для энерго-ресурсосберегающего производства продукции растениеводства» удостоена золотой медали.
Основные положения, выносимые на защиту:
- конструктивная схема и уравнение образующей нового распределителя семян пневматической сеялки;
- результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию параметров конструкции распределителя пневматической сеялки;
- агротехнические, энергетические и технико-экономические показатели работы пневматической сеялки централизованного высева.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 9 статьях, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК и 6 статей в трудах научных конференций. Получено 2 патента РФ на полезные модели № 96452 и № 97589.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературы и приложений. Содержание работы изложено на 180 страницах машинописного текста, список литературы содержит 145 наименований, в том числе 7 на иностранном языке.
Анализ типов распределительных устройств пневматических сеялок
На неравномерность посева после подачи семян высевающим аппаратам влияет распределительная головка. Остановимся на некоторых известных из них и рассмотрим принцип работы [21, 47, 56, 70, 128, 135].
Существуют вертикальные и горизонтальные распределяющие устройства пневматических сеялок централизованного высева. Конструктивное исполнение горизонтальных распределителей проще и компактнее вертикальных, хотя использование вертикальных распределителей дает большие, чем другие системы возможности в отношении компоновки различных агрегатов с использованием одних и тех же составляющих конструктивных элементов увеличить ширину захвата, количество заделывающих рабочих органов и т.д.
На неравномерность распределения семян оказывают влияние формы отражателей головок и направляющей поверхности колонн. Различные схемы распределительных устройств представлены на рисунке 1.12. Направляющие поверхности колонн имеют - волнистую, гребнистую или штифтовую форму. Параметры поверхностей: шаг элементов и угол наклона патрубков подбираются опытным путем, диаметры рассчитываются по методике.
Неравномерность высева в сеялках с шириной захвата 12... 15 м, оснащенных головками с отражателем сферической формы и гребнистой направляющей поверхностью, не превышает 5...7 %, а повреждение семян -не более 1 % [70].
Стремление равномерно распределить семена по засеваемой площади привело к созданию множества форм и конструкций распределителей, которые в какой-то мере улучшили равномерность распределения семян, но, тем не менее, ещё нет совершенной конструкции, в которой рассмотрено и учтено движение воздуха отдельно с целью уменьшения потери энергии и простота конструкции.
Остановимся на некоторых известных распределительных устройствах.
Известно устройство / а. с. N 1679993 А1, Кл. А 01 С 7/04; 30.09.91; Бюлл. № 36. Распределительная головка пневматической сеялки для высева сыпучих материалов, включающая входной трубопровод, распределитель, отражатель, выполненный в форме сферы и имеющий регулятор положения. Однако, данное устройство не обеспечивает возможность получения равномерного воздушно-зернового потока во входном трубопроводе и тем самым не обеспечивает необходимую равномерность распределения семян по отводящим патрубкам.
Известно распределительная головка пневматической сеялки [82]. Цель изобретения - повышение равномерности распределения сыпучего материала по отводящим патрубкам. Данная цель достигается предлагаемым устройством, в котором предусмотрена установка в полом патрубке винтового преобразователя с выступами (рисунок Г. 13).
Распределительная головка работает следующим образом. Высеваемый материал воздушным потоком транспортируется через желоба формирователя потока (поз. 6), что придает сыпучим материалам винтовую траекторию движения Известен распределитель потока сыпучих материалов для пневматических сеялок [1]. Целью изобретения является повышение равномерности распределения высеваемого материала по отводящим патрубкам и снижение повреждения частиц материала.
Рабочая поверхность внутренней полости распределительной головки имеет форму поверхности вращения вокруг оси симметрии подводящего канала, образующей которой является отрезок кривой, описываемой в параметрическом виде уравнениями:
Как видно из анализа то, что хотя исследователями проделана большая работа по обоснованию формы и параметров распределителя, до сих пор недостаточно теоретического обоснования его формы, которая, будучи, обеспечивала бы равномерное распределение семян по ширине захвата и уменьшение энергозатрат [1, 2, 3, 98].
Большой вклад в исследования посевных машин и пневмотранспортирующих распределительных систем сельскохозяйственных машин внесли: Н.И. Любушко, В.М. Гусев, В.Н. Зволинский, В.А. Шмонин, В.М. Халанский, С.А. Ивженко, А.Н. Карпенко, В.Н. Перевозников, Р.С. Рахимов, К.К. Курилович, А.Ю. Измайлов, Н.П. Сычугов, А.В. Белинский, Э.Г. Нуруллин, Р.Л. Сахапов, Х.С. Гайнанов, В.И. Ковзалов, М.К. Кузнецов, В. А. Зырянов, М.Е. Гречушкин, И.Т. Ковриков, Г.Р. Муртазин, Л.Ю. Шевырёв, а также зарубежные ученые А.В. .Адась, Г. Пипига, Г. Вайсте, Г. Хеёге, В.Цёрес [8, 41, 61, 71, 72, 103, 113, 131...135] и многие другие исследователи.
Исследования ученых в области процессов высева по направленности можно объединить в две группы. К первой группе относятся исследования по оценке влияния на качество высева факторов, действующих на этапе подачи семян к высевающему аппарату и дозирования семенной массы.
Вторую группу составляют исследования, относящиеся к процессам преобразования потока семян после выхода его из высевающего аппарата
Обоснование,, влияния длины семяпроводов на неравномерность распределения и выбор технологической схемы пневмосистемы сеялки
На широкозахватных зерновых сеялках получили распространение централизованное дозирование семян с одно и двухступенчатой системой распределения (рисунок 2.20 а и б) [125].
В первом случае один распределитель обслуживает все сошники, а во втором распределитель сначала делит массу на четыре части, а затем на восемь в зависимости от ширины захвата агрегата.
Потери напора АН по длине прямой трубы постоянного поперечного сечения вычисляются по формуле Дарси-Вейсбаха [87]:
Пневматическая сеялка централизованного высева имеет ширину захвата В; скорость движения Vc;. необходимая норма высева выбирается наибольшая для; данной посевной машины, Q, кг/га; то секундная подача общего количества; высеваемого семян, технологическая получится;, кг/с
Из рисунка 2.21 видно, что с увеличением нормы высева и скорости сеялки увеличивается скорость подачи семян пневмосистемы. Для надежной работы пневмосистемы сеялки должно выполняется условие: qT =qM, где
qti - действительная подача пневмосистемы, кг/с. Таким образом, по теоретическим исследованиям разработан распределитель семян для сеялки СПБМ-8 со следующими параметрами: диаметр входной части 105 мм, высота рабочей поверхности распределителя 80 мм; диаметр выходной части распределителя 330 мм.
Сеялка блочно-модульная пневматическая СПБМ-8 предназначена для рядового посева зерновых и зернобобовых культур, трав, овощей, и травосмесей. В зависимости от высеваемой культуры норму высева можно изменять от 1,8 до 400 кг/га и глубину заделки семян в пределах требований к каждой культуре.
Высев семян может осуществляться при одном режиме работы вентилятора п=3500 мин"1, однако для овса и гороха требуются сечения элементов пневмосистемы больших размеров. Диаметр трубопроводов следует выбирать исходя, прежде всего из обеспечения максимальных норм высева семян и именно этих культур. Для высева мелкосеменных культур производительность вентилятора уменьшалась путем перекрытия выходного окна поворотной заслонкой, снабженной отверстием диаметром 40 мм.
Вентилятор приводится в движение от вала отбора мощности трактора (п=1000 мин"1) через карданный вал и клиноременную передачу.
Выводы по разделу:
1 Радиальное сечение поверхности распределительной головки должно удовлетворять условию, описываемому уравнением:
2 Рекомендуемые параметры распределителя семян на 32 семяпровода: диаметр входной части 105 мм, высота рабочей поверхности 80 мм; диаметр выходной части 330 мм при диаметре отводящих патрубков 30 мм. Для двухступенчатого распределения параметры первой распределительной головки для 4 семяпроводов: диаметр входной части 120 мм, высота рабочей1
Исследование аэродинамических свойств и движения семян в вертикальном трубопроводе
Согласно вышеизложенной методике лабораторных исследований проводилось изучение аэродинамических свойств семян, процесса движения семян в вертикальном трубопроводе и распределения скорости воздушного потока по отводящим патрубкам распределителя.
Эксперименты проводились на специальной лабораторной установке. Эта установка позволила фиксировать силы, действующие на семена. Результаты этих исследований представлены в виде таблиц и графиков.
В таблице 4.1 и на рисунке 4.1 представлены аэродинамические свойства семян для зерновых культур: пшеница, ячмень и рожь. Для этих зерновых культур определены критические скорости VKp, коэффициенты парусности гСп, коэффициенты сопротивления воздушного потока К измерением динамического напора hd и вьиислением параметров воздушного потока: скорости V и расхода воздуха Q. Вычисляли силу давления R и режим движения воздушного потока Re.
Согласно методике лабораторных исследований описанной в разделе 3 провели эксперимент и получили следующие результаты, которые представлены в виде таблицы 4.2 и эпюры рисунок 4.2.
На выходе из экспериментального распределителя по всем отводящим патрубкам измеряли динамический напор hd и вычисляли скорость воздушного потока V.
Результаты математической статистической обработки получены следующие: сг2 =0,1; т = 0,3 м/с; V = 2,2% ; m = 0,05 м/с; Р = 0,4%.
Полученные экспериментальные результаты по всем отводящим патрубкам 32 представлены в приложении Б, таблица Б. 1.
На рисунке 4.2 представлена эпюра скоростей воздушного потока на выходе из распределителя, в лабораторных условиях неравномерность распределения скорости воздушного потока составила 2,2...2,5 %.
Как видно из рисунка 4.2 на неравномерность распределения оказывает точность изготовления распределителя и отражателя, т.е. шероховатость поверхности, которая составляет 3.. .6 мкм.
Исследования распределения скорости воздушного потока в семяпроводах проводили в сеялке СПБМ-8 оборудованной разработанным распределителем (приложение Б, рисунок Б.1). Включали вентилятор и измеряли динамический напор hd на выходе по всем семяпроводам (32 семяпровода). На сеялке длина семяпроводов от распределительной головки до сошников меняется в пределах от 1,81 м до 3,20 м, длинные семяпроводы по краям сеялки, короткие — в центре. Результаты исследований представлены в таблице 4.3, на рисунках 4.3 и 4.4 и в приложении Б, таблица Б.2.
Принцип работы сеялки СПБМ-8 и результаты производственных испытаний
Для полной оценки возможности и целесообразности использования сеялки СПБМ-8 с разработанным распределителем семян согласно патенту на полезную модель № 97589 [83], а также сравнения применения зарубежных и отечественных посевных машин, проводились сравнительные испытания в производственных условиях совместно с Поволжской машиноиспытательной станцией на полях ООО «Союз-Агро» Альметьевского района Республики Татарстан [91].
Технологическая схема работы сеялки (рисунок 2.20 в) СПБМ-8 состоит в следующем. Высевающие аппараты (поз. 3) сбрасывают семена в каналы, где их подхватывает воздушный поток, создаваемый вентилятором (поз. 1), и транспортирует распределительной головке (поз. 5). В распределителе поток разделяется на тридцать две части и далее по гибким семяпроводам подается к распределителю рабочего органа. Распределитель обеспечивает равномерное распределение семян по площади.
Эжекторный приёмник, предназначен для беспрепятственного ввода высеваемого материала в трубопровод пневмотранспортной системы ЦВС. С посевными машинами, у которых зерновой бункер располагается близко к посевным рабочим органам (СПБМ-8), применяется вертикальный эжекторный приёмник и вертикальный трубопровод.
Пневмотранспортная система ЦВС предназначена для транспортирования и распределения высеваемого материала по рабочим органам посевной машины. Она состоит из вертикального трубопровода, распределительной головки, в которой осуществляется разделение потока воздушно-зерновой смеси по семяпроводам для дальнейшего ранспортирования к рабочим органам посевной машины и пневмопроводов (воздухопроводов, и семяпроводов), которые должны быть прочными, износостойкими, герметичными, иметь гладкую внутреннюю поверхность.
Для необходимости быстрого доступа внутрь распределительной головки (рисунок 2.5) без ее демонтажа с посевной машины, в ее конструкции предусмотрена легко устанавливаемая и снимаемая крышка. Высокая скорость движения потока воздушно-зерновой смеси, создаваемая вентилятором высокого давления, является опасным фактором травмирования семян в результате резкого изменения направления пневмотранспортной трассы. Учитывая это, в местах контакта семян с внутренними элементами пневмосистемы применяются полимерные материалы.
Оптимальное расположение пневмотранспортной трассы имеет большое значение для эффективной работы всей системы централизованного высева. При монтаже пневмотранспортной системы желательно обойтись небольшим количеством перегибов трассы, а также не допускать провисаний семяпроводов. Радиус изгиба семяпровода должен быть не менее шести внутренних диаметров, а угол перегиба не более 30. Для установления в пневмотранспортной системе стабильного воздушного потока немаловажным является расстояние вентилятора от эжекторного приёмника, которое должно быть порядка восьми диаметров воздухопровода. В начале трассы трубопровода должен быть достаточно длинный прямой участок, который позволил бы беспрепятственно ускориться потоку воздушно-зерновой смеси.
Равномерное размещение семян на заданной глубине и по площади питания, меньшее иссушение посевного слоя и другие преимущества экспериментальной сеялки позволяют ускорить появление всходов. Так, на десятый после посева количество всходов яровой пшеницы составило 57,0 % или на 6,0 % больше чем на контроле.
Таким образом, сумма всех положительных качеств посева сеялкой СПБМ-8 после предпосевной обработки почвы культиватором КБМ-14ПС, на которую получен патент на полезную модель № 96452, обуславливает тенденцию роста урожайности зерновых культур на 16...23 % по сравнению с принятой в настоящее время технологией.
Уклон поверхности поля не должен превышать 15. Поверхностный слой почвы перед посевом должен быть выровнен и разрыхлён в соответствии с агротехническими требованиями для соответствующей зоны согласно ГОСТ 26711.
Почва в слое глубины заделки должна быть мелкокомковатой: весовое содержание комьев почвы размером от 1 до 10 мм должно быть не менее 50 %.
Крупные камни и комья размером 30 мм и более не допускаются.
Поверхностный слой почвы не должен иметь скопления сорняков, пожнивных и соломистых остатков, превышающих по размерам установленную глубину заделки семян.
Высота гребней и глубина борозд не должны превышать 20 мм.
Влажность почвы в зоне заделки семян должна быть не более: 15.. .20 % - для глубины 0.. .5 см; 18...30 %-для глубины 5...10 см.
Твёрдость взрыхленного слоя при предпосевной обработке почвы должна быть не более: 0,5... 1,5 кг/см - для глубины 0... 1 см; 1,5.. .4,5 кг/см - для глубины 5... 10 см;
При создании и внедрении новых распределительных устройств посевных машин- необходимо обеспечить не только улучшение технологических и агротехнических условий для роста и развития растений, но также важно добиться минимальных затрат труда и средств на единицу работы при более высокой производительности в сравнении с существующими машинами. Нами за базу для сравнения была принята сеялка пневматическая Solitair 12. Определение технико-экономических показателей работы сравниваемых посевных машин проводилось согласно существующих методик и рекомендаций [90, 91].
Похожие диссертации на Разработка и обоснование параметров распределителя семян пневматической сеялки централизованного высева
-
