Введение к работе
Актуальность темы. Одним из важнейших этапов возделывания мелкосеменных культур в технологиях производства продукции растениеводства является посев семян. Посев должен создать наиболее благоприятные условия для прорастания семян и дальнейшего развития растений, способствовать увеличению полевой всхожести и урожайности высеваемых культур.
Для этого необходимо обеспечить равномерность распределения семян в рядке, которая во многом определяется совершенством высевающих аппаратов, устойчивость подачи и постоянство необходимой нормы высева, а также исключить повреждения семя.
В настоящее время для посева мелкосеменных культур в основном используют зерновые сеялки, снабженные катушечными высевающими аппаратами. При вынужденном использовании этих сеялок для посева мелкосеменных культур семена смешивают с различными наполнителями. Неравномерность общей массы семян, а также возможный контакт с химическими удобрениями негативно влияют на всхожесть семян и качество их распределения в почве. Конструктивным недостатком катушечного высевающего аппарата является порционное дозирование, а также травмирование семян. Все это ведёт к снижению полевой всхожести и урожайности. Поэтому разработка высокоэффективных, простых по конструкции и надежных в эксплуатации высевающих аппаратов на базе спирально-винтовых рабочих органов является одной из главных задач механизации сельскохозяйственного производства.
Степень разработанности темы. Конкретизирована классификация, основанная на технологических особенностях высевающих аппаратов, способных высевать семена различных сельскохозяйственных культур, разработана конструктивно-технологическая схема высевающего аппарата со спирально-винтовым рабочим органом, выполнено теоретическое исследование процесса перемещения семян спиральным винтом от семенного ящика до семяпровода, установлена зависимость между основными параметрами спирально-винтового высевающего аппарата, проведены исследования работы аппарата в лабораторных и полевых условиях на зерновой сеялке.
Работа выполнена в соответствии с планом НИОКР ФГБОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия имени П.А. Столыпина» на на 2011...2015 г.г. по теме: «Разработка ресурсо-, энергосберегающих технологий и средств механизации сельского хозяйства» (государственный регистрационный номер – 01201157951).
Цель работы. Повышение качества высева мелкосеменных культур на основе разработки высевающего аппарата со спирально-винтовым рабочим органом и обоснования его оптимальных конструктивно-режимных параметров.
Задачи исследований:
1. Разработать конструкцию высевающего аппарата со спирально-винтовым рабочим органом для посева мелкосеменных культур.
2. Выполнить теоретические исследования технологического процесса работы высевающего аппарата.
3. Выполнить экспериментальные исследования влияния конструктивно-режимных параметров высевающего аппарата на процесс его работы и определить оптимальные их значения.
4. Провести производственные исследования разработанного высевающего аппарата, определить его экономическую эффективность при посеве мелкосеменных культур.
Объект исследований. Технологический процесс высева мелкосеменных культур высевающим аппаратом с рабочим органом в виде спирального винта.
Предмет исследований. Закономерности влияния конструктивно-режимных параметров рабочего органа высевающего аппарата на качество посева мелкосеменных культур.
Научная новизна:
– аналитические выражения по определению оптимальных конструктивно-режимных параметров работы высевающего аппарата с учетом физико-механических свойств семян;
– математическая модель движения семян по поверхности винтовой линии спирали, отличающаяся тем, что угловая скорость перемещения семян, находится в зависимости от коэффициента трения семян по спирали и её угла наклона винтовой линии;
– аналитические зависимости для определения скорости и ускорения частицы перемещаемого материала, в аксиальном направлении, отличающиеся тем, что движение частицы происходит по криволинейной траектории внутренней поверхности кожуха с переменным шагом спирали.
Новизна технических решений подтверждена патентами РФ на полезные модели № 91797 и 131563.
Теоретическая и практическая ценность работы. Проведенные научные исследования послужили основой для разработки высевающего аппарата со спирально-винтовым рабочим органом. Применение разработанного высевающего аппарата для посева мелкосеменных культур позволяет улучшить равномерность высева и повысить урожайность семян проса на 5…8 % по сравнению с сеялкой, оборудованной катушечными высевающими аппаратами.
Методология и методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием законов теоретической механики и механики сплошной среды. Получены зависимости и математические модели движения семян в высевающем аппарате, перемещаемых спирально-винтовым рабочим органом. Экспериментальные исследования проведены с использованием методики планирования экспериментов. Полученные результаты обработаны методами математической статистики с помощью программ «MathCad», «Statistica 6.1» и «Excel» для ПЭВМ.
Вклад автора в проведенное исследование. Исследован процесс высева мелкосеменных культур, определены оптимальные конструктивно-режимные параметры высевающего аппарата со спирально-винтовым рабочим органом; предложена математическая модель движения семян по поверхности винтовой линии спирали; проведена статистическая обработка результатов исследований, а также выполнено технико-экономическое обоснование применения экспериментальной сеялки, оснащенной разработанным высевающим аппаратом.
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
1. Теоретические выражения по определению оптимальных конструктивно-режимных параметров работы высевающего аппарата с учетом физико-механических свойств семян.
2. Математические модели движения семян по поверхности винтовой линии спирали, аналитические зависимости для определения скорости и ускорения частицы перемещаемого материала.
3. Теоретически и экспериментально обоснованные конструктивно-режимные параметры высевающего аппарата, обеспечивающие требуемую норму высева семян.
4. Оптимальные значения конструктивно-режимных параметров высевающего аппарата, обеспечивающие равномерность высева семян с различными физико-механическими свойствами и результаты их проверки в производственных условиях.
Реализация результатов исследований. Исследования экспериментального высевающего аппарата для посева мелкосеменных культур в производственных условиях подтверждены актом внедрения в ООО «АГРОТЕХ» Старомайнского района Ульяновской области.
Степень достоверности и апробация работы. Сравнительная оценка теоретических и экспериментальных исследований выполнена с помощью критериев Стьюдента, Фишера и Кохрена; результаты экспериментальных исследований высевающего аппарата подтверждены в производственных условиях.
Основные результаты исследований опубликованы в открытой печати и доложены на международных научно-практических конференциях в Ульяновской ГСХА им. П.А. Столыпина (г. Ульяновск, 2010 г.), Алтайском ГАУ (г. Барнаул, 2010 г.), Пензенской ГСХА (г. Пенза, 2011 г.), Саратовском ГАУ (г. Саратов, 2011 г.) и на общероссийской научной конференции (г. Москва, РАЕ, 2013 г.).
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 22 научных работах, из них 4 в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, получены два патента РФ на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 108 наименований и приложения. Основной текст изложен на 119 с., содержит 14 таблиц и 47 рисунков.
