Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследований
1.1. Соя: общие сведения о культуре 5
1.2. Природно-климатические и почвенные условия Приморского края 9
1.3. Анализ существующих способов посева сои 12
1.4. Обзор конструкций механических аппаратов точного высева 22
1.5. Анализ теоретических и экспериментальных исследований работы аппаратов точного высева 38
Выводы. 43
Цель и задачи исследования 44
Глава 2, Теоретические исследования
2.1. Выбор способа посева сои и конструкции высевающего аппарата 45
2.2. Обоснование параметров ячейки 47
2.3. Условия выбрасывания семени сои из ячейки 50
2.4. Геометрические параметры полосы при высеве сои 54
Выводы 57
Глава 3. Программа и методика экспериментальных исследований
3.1. Программа экспериментальных исследований 58
3.2. Методика проведения экспериментальных исследований 58
3.2.1. Лабораторная установка для исследования работы высевающих аппаратов 58
3.2.2. Методика исследования влияния угла наклона ячеек на параметры полосы и дробление семян сои 60
3.2.3. Экспериментальный высевающий аппарат 62
3.2.4. Методика исследования влияния режима работы экспериментального высевающего аппарата на количество высеваемых семян, дробление и распределение семян сои в полосе 64
3.2.5. Общая методика обработки экспериментальных данных 65
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований
4.1. Результаты исследований по обоснованию основных параметров экспериментального высевающего аппарата 68
4.1.1. Влияние угла наклона ячеек на параметры полосы при посеве сои 68
4.1.2. Влияние угла наклона ячеек на дробление семян сои Выводы
4.2. Результаты лабораторных испытаний экспериментального высевающего аппарата
4.2.1. Влияние режима работы высевающего аппарата на количество высеваемых семян сои
4.2.2. Влияние режима работы высевающего аппарата на дробление семян сои
.4.2.3. Влияние режима работы высевающего аппарата на распределение семян на липкой ленте и в поле
4.3. Результаты полевых испытаний
4.3.1. Задачи и условия проведения полевых испытаний
4.3.2. Распределение растений сои в полосе
4.3.3. Влияние способа посева на урожайность
Глава 5. Эффективность внедрения пунктирно — полосного способа посева сои
5.1. Экономическая эффективность внедрения пунктирно -полосного способа посева сои
5.2. Энергетическая эффективность внедрения пунктирно — полосного способа посева сои
Общие выводы
- Обзор конструкций механических аппаратов точного высева
- Геометрические параметры полосы при высеве сои
- Методика исследования влияния режима работы экспериментального высевающего аппарата на количество высеваемых семян, дробление и распределение семян сои в полосе
- Влияние угла наклона ячеек на параметры полосы при посеве сои
Введение к работе
Соя занимает одно из первых мест по обеспечению населения растительным белком. Ни одно растение не может соперничать с ней по количеству ценных для человека пищевых продуктов, производимых с единицы площади. Как сырье соя получила широкое применение в пищевой, текстильной, химической и других отраслях промышленности. Отходы промышленной переработки зерна сои используются для производства кормов.
Возделывание сои является одним из приоритетных направлений сельского хозяйства Дальневосточного региона России. В настоящее время в Амурской области, Приморском и Хабаровском краях размещено около 70 % всех ее посевов в нашей стране.
Уровень механизации возделывания сои сравнительно высок, однако, выпускаемые посевные машины не предназначены для высева семян сои и поэтому не в состоянии осуществить ее посев в строгом соответствии с современными агротехническими требованиями. Применяемые технологии посева не в полной мере обеспечивают создание благоприятных условий для развития растений сои с учетом ее специфических биологических требований. Все это приводит к излишнему расходу семян, ухудшению качества посева и, как следствие, снижению урожайности.
Один из способов повышения урожайности сои - совершенствование процесса ее посева за счет применения высевающего устройства, обеспечивающего оптимальное для развития растений и ухода за посевами расположение семян в почве.
Совершенствование машин для посева сои, в основном, заключалось в переоборудовании зерновых сеялок. Изменения, внесенные в конструкцию высевающего аппарата свекловичной сеялки, имеющего серийное приспособление для высева семян сои, касались обычно качества его работы при прежнем способе посева в одну пунктирную строчку. Вопрос о разработке конструкции, предназначенной специально для посева сои, остается открытым.
Основная задача данной работы - совершенствование процесса посева сои путем изыскания рационального для развития растений и ухода за посевами расположения семян в почве и разработка устройства для его осуществления на основе анализа существующих способов посева и посевных машин.
Обзор конструкций механических аппаратов точного высева
Большинство высевающих аппаратов изготавливается в виде катушек или дисков / 49, 94, 95 / которые, вращаясь, захватывают семена и подают их группами или отдельными зернами в семяпровод или непосредственно в подсошниковое пространство.
Катушечный высевающий аппарат обеспечивает достаточно равномерный высев с широким изменением нормы, прост по устройству и надежен в работе / 49 /. Однако, таким аппаратом нельзя провести единичный отбор семян и высев заданного количества зерен в гнездо. Существенным недостатком катушечного аппарата при высеве сои является повышенный процент дробления семян /12, 29, 61 /.
Активным элементом дискового аппарата служит высевающий диск с вертикальной, горизонтальной или наклонной осью вращения. Дисковые аппараты применяются для точного однозернового посева семян сахарной свеклы, гнездового посева семян кукурузы, хлопка и других культур / 49 /.
Для получения единичного отбора семян при посеве разработано большое количество конструкций высевающих аппаратов. Главной задачей при разработке высевающих аппаратов принято считать обеспечение максимальной равномерности высева семян при малых нормах высева. Для решения этой задачи используются аппараты, в основном, двух типов: механические и пневматические. Ввиду сложности конструктивного исполнения пневматических аппаратов преобладающую роль играют механические /51/.
В настоящее время точный высев пропашных культур осуществляется, в основном, свекловичными и кукурузными сеялками и приспособлениями к ним. Например, сеялки « Монодрил » и .« Моноцентр », предназначенные главным образом для посева семян сахарной свеклы, имеют целый ряд комплектов дисков для высева других культур, а к сеялкам фирмы Аллис Чалмерс придаются около 100 наборов дисков 161.
Наибольшее распространение для осуществления единичного отбора и точного высева семян сои получили механические дисковые аппараты с горизонтальной осью вращения высевающего диска. „
Известен высевающий аппарат сеялки ССТ - 12 ( рис. 2 ), предназначенной для пунктирного посева калиброванных обычных и малых норм дражированных семян сахарной свеклы с одновременным внесением в рядки гранулированных минеральных удобрений I 11 I. При комплектации высевающего аппарата соответствующими приспособлениями возможен высев семян сои, фасоли, гречихи, проса. Основными частями конструкции высевающего аппарата являются бункер для семян 1, корпус 2, высевающий диск 3 с ячейками, ролик - отражатель 4, чистик 5 и выталкиватель 6. Высев семян происходит следующим образом: при вращении высевающего диска 3 семена из бункера 1 поступают в ячейки, лишние семена удаляются роликом -отражателем 4 и чистиком 5, при дальнейшем вращении высевающего диска семена находятся в ячейках и удерживаются стенкой корпуса 2 аппарата. В нижней части аппарата происходит разгрузка ячеек под действием выталкивателя 6.
Посев сои сеялкой ССТ - 12 возможен при комплектации высевающего аппарата приспособлением СТЯ 31.000, в которое входит высевающий диск с двумя рядами ячеек (диаметр ячеек 9 мм ), резиновый ролик - укладчик, выталкиватели и стенки для увеличения емкости бункера / 78 /, общий вид высевающего аппарата с приспособлением; для посева семян сои представлен на рис. 1. Высев семян возможен только в одну пунктирную строчку, При высеве на небольшой скорости (до 9 км / ч) рассматриваемая конструкция отличается малым дроблением семян сои /12, 18/.
Высевающий аппарат / 31 / ( рис. 3 ) предназначен для посева семян с малым коэффициентом трения, например семян сои.
Высевающий аппарат состоит из бункера 1, жестко прикрепленного к корпусу 2, подвижной ступицы 3, выталкивателя 4. На ступице закреплен высевающий диск 5, имеющий на периферии ячейки 6, канавку под выталкиватель 7 и фаски 8. На боковой поверхности диска смонтированы криволинейные пластины 9. Каждая пластина имеет скруглення, фаску в сторону вращения для меньшего повреждения семян сои. От ячейки вдоль пластины также имеются фаски для лучшего захода семян в ячейку. Пластины установлены под углом к радиусу диска и выпуклостью в сторону его вращения, что позволяет семенам при вращении диска двигаться вдоль пластин и лучше заполнять ячейки.
При работе высевающего аппарата семена из бункера 1 поступают самотеком в полость между диском 5 и корпусом 2, попадая на пластины 9. При вращении диска 5 семена движутся вдоль пластины 9 к ячейкам бив любой момент у ячейки находится дублирующее семя, что обеспечивает благоприятные условия попадания его в ячейку. Высевающий аппарат обеспечивает лучшее заполнение ячеек, снижает повреждение семян, улучшая равномерность высева, высев обеспечивается в одну пунктирную строчку.
Геометрические параметры полосы при высеве сои
При движении агрегата со скоростью VА, зерно под действием выталкивателя вылетает из ячейки со скоростью V0 (рис. 21 ). Совместим начало системы координат с моментом вылета зерна из ячейки. Направления осей координат X, Y, Z, Хп принимаем положительными. Плоскость XOY совместим с направлением полета зерна. В произвольный промежуток времени зерно массой т находится в равновесии под действием трех сил:
. Полученные аналитические зависимости позволяют определить геометрические параметры ячеек для семян сои, а. также влияние угла, наклона ячеек крайних рядов к плоскости вращения высевающего диска на геометрические параметры полосы, образуемой в процессе высева.
2. Условием свободного выбрасывания зерна из ячейки под действием выталкивателя является превышение суммы углов наклона рабочей поверхности выталкивателя и положения ячейки относительно вертикальной оси над суммой углов трения зерна о рабочую поверхность выталкивателя и стенку ячейки, при этом рабочая поверхность выталкивателя служит направляющей для формирования траектории полета семян.
В качестве объекта исследования рассматривается процесс посева сои, осуществляемый вертикально - дисковым высевающим аппаратом.
В процессе исследования планируется решение следующих вопросов:
1. Определить оптимальные параметры ячеек, наклоненных к плоскости вращения высевающего диска.
2. Теоретически и экспериментально установить влияние угла наклона ячеек к плоскости вращения высевающего диска на образование полосы при посеве семян сои.
3. Установить влияние угла наклона ячеек на дробление семян сои,
4. исследовать влияние режима работы экспериментального высевающего аппарата на количество семян, высеваемых от первоначально установленной нормы, дробление и распределение семян сои на липкой ленте и в поле.
5. Исследовать распределение растений в полосе при высеве экспериментальным аппаратом.
6. По результатам полевых опытов сравнить влияние способа посева сои на урожайность.
7. Провести технико - экономическое обоснование предлагаемого способа посева сои.
3.2. Методика проведения экспериментальных исследований
3.2.1. Лабораторная установка для исследования работы высевающих аппаратов
Для обоснования основных параметров и исследования работы экспериментального высевающего аппарата была изготовлена лабораторная установка, имитирующая работу высевающего аппарата на посеве сои. Установка позволяет в широком диапазоне линейных скоростей ячеек высевающего диска и липкой ленты получать картину распределения семян на липкой ленте, а также, при отключенном приводе ленты, проводить исследования по изменению количества высеваемых семян от первоначально установленной нормы и дроблению. Схема установки представлена на рис. 22, общий вид на рис. 23.
Методика исследования влияния режима работы экспериментального высевающего аппарата на количество высеваемых семян, дробление и распределение семян сои в полосе
Исследования проводятся на лабораторной установке ( рис. 22 ), имитирующей процесс работы высевающего аппарата при посеве сои. Используются калиброванные семена фракции 7...8 мм. Качество работы экспериментального высевающего аппарата исследуется в диапазоне скоростей, соответствующих рабочим скоростям посевного агрегата от 4 до 12 км/ч.
Исследования по изменению количества высеваемых семян и дроблению проводятся при отключенном приводе липкой ленты. Первоначальная норма высева при режиме работы высевающего аппарата,, соответствующем скорости движения сеялки 4 км/ч, устанавливается из расчета 500 тысяч семян на гектар. Скорость с интервалом в 1 км / ч увеличивается до 12 км/ч и определяется процент высеянных аппаратом семян от первоначально установленной нормы. Процент дробления определяется по количеству поврежденных семян из каждой тысячи пропущенных через высевающий аппарат.
Опыты по исследованию распределения семян на липкой ленте проводятся в принятом диапазоне скоростей, при этом скорости движения липкой ленты и вращения высевающего диска согласовываются и увеличиваются ступенчато на величину, соответствующую 1 км/ч скорости движения посевного агрегата. Распределение семян на липкой ленте исследуется с помощью специально изготовленной сетки - шаблона (рис. 28 ) с размерами ячеек 10x10 мм, линейки и натянутых по осям пунктирных строчек нитей. Замеряется расстояние между семенами в строчках в продольном направлении полосы и раскатывание семян крайних строчек относительно осей в поперечном направлении полосы. Производится анализ полученных результатов. Оценка точности распределения интервалов между семенами пунктирной строчки в продольном направлении полосы производится средним квадратическим отклонением по методике, предложенной А.Т. Волковым и И,А, Бережным /18/.
В процессе исследования определение отдельных параметров не исключает ошибок от влияния различных факторов. Чем меньше величина ошибки, тем достовернее полученные результаты. Для большинства технических измерений считается /21/, что наибольшая ошибка средней арифметической многократных измерений равна:
Ап(а) ±3сг
Б. А. Доспехов /28/ предлагает ошибку средней находить по формуле;
V и Ошибка, выраженная в процентах от соответствующей средней, называется относительной ошибкой выборочной средней, также часто эту величину называют точностью опыта и рекомендуют при превышении 5 % совершенствовать методику, а при превышении 7 - 8 % опыты браковать:
0-/ =—юо%
Вопрос о статистической проверке гипотез - один из основных при применении математической статистики в научных исследованиях / 28 /. В большинстве случаев задача сводится к проверке гипотезы об отсутствии реального различия между фактическими и теоретически ожидаемыми наблюдениями. Эту гипотезу называют нулевой гипотезой. Если в результате проверки нулевой гипотезы различия между фактическими и гипотетическими показателями близки к нулю или находятся в области допустимых значений, то нулевая гипотеза не опровергается. Принятие нулевой гипотезы означает, что данные наблюдений не противоречат предположению об отсутствии различий между фактическими и гипотетическими или между двумя рядами фактических распределений, но не доказывают отсутствия такого различия. Статистические характеристики выборочной совокупности являются приближенными оценками неизвестных параметров генеральной совокупности. Оценка может быть представлена доверительным интервалом, который с определенной вероятностью покрывает оцениваемый параметр. Центр такого интервала - выборочная оценка точки, а пределы, или доверительные границы интервала, определяются средней ошибкой оценки и уровнем вероятности. В общем виде доверительный интервал для генеральной средней записывается так / 28 /:
Влияние угла наклона ячеек на параметры полосы при посеве сои
Результаты исследования для выбранных в соответствии с методикой скоростей вращения высевающего диска и движения липкой ленты представлены в табл. 1 ( Приложение ). Проиллюстрируем опыт на примере приемлемой для сеялки точного высева скорости вращения высевающего диска.
Графическая зависимость, построенная по средним значениям, полученным в результате эксперимента для скорости вращения высевающего диска 0,3 м/с, соответствующей скорости движения посевного агрегата около 7 км/ч приведена на рис, 29.
На основании уравнения ( 2.20 ) произвели расчет и по полученным данным теоретическую зависимость представили графически (рис. 29 ). Условия для расчета приняли аналогичными условиям эксперимента.
Соответствие сравниваемых значений теоретического и экспериментального ряда производили с применением интервальной оценки параметров распределения. Теоретическая зависимость расположена в границах доверительного интервала экспериментальной закономерности, что позволяет сделать заключение о правильности наших теоретических предпосылок о влиянии угла наклона ячеек на формирование полосы при посеве сои.
Анализ полученных данных показывает, что наклон ячеек на угол менее 30 не обеспечивает необходимой для равномерного распределения семян по площади ширины полосы. Наклон ячеек на угол 30 к плоскости вращения высевающего диска дает выброс семян на расстояние около 80 мм от центра полосы при установке высевающего диска на высоту, принятую для сеялки ССТ - 12. Это обеспечит формирование полосы шириной 160 мм, без учета влияния толщины высевающего диска и раскатывания семян сои в поперечном направлении. Кроме того, как было указано ранее в теоретической части работы, угол в 30 является наиболее приемлемым для наклоненной ячейки, увеличение угла наклона повышает вероятность защемления второго семени в ячейке и его травмирования.
Дробление семян сои при посеве снижает их полевую всхожесть и, как следствие, урожайность. Результаты проведенных ранее исследований дробления семян дисковыми высевающими аппаратами /12, 29, 61 У показывают, что коэффициент дробления зависит от времени заполнения ячеек семенами. С увеличением времени контакта ячеек с семенами значение коэффициента заполнения ячеек возрастает, вследствие чего снижается количество травмированных семян.
Фактором, влияющим на сокращение времени заполнения ячеек семенами, является равенство линейных скоростей: окружной скорости поверхности высевающего диска и скорости скольжения семян по диску. Чем меньше разница между этими скоростями, тем больше вероятность укладки семени в ячейку и исключения его травмирования. Ввиду того, что основными силами, вызывающими заполнение ячейки, являются, собственный вес семени и давление вышележащих слоев семян, то заполнение ячейки будет наиболее эффективным, когда равнодействующая этих сил будет параллельна оси ячейки. Поэтому изменение угла наклона ячеек определенным образом должно влиять на заполнение ячеек семенами и дробление.
Нами проведен ряд лабораторных опытов по исследованию влияния угла наклона ячеек на дробление семян сои при различных окружных скоростях вращения высевающего диска в соответствии с принятой методикой. Для снижения разности скоростей ячеек и скольжения семян по поверхности диска на его торцах сохранили рифленую поверхность.
Как показывают результаты исследований ( рис. 30 ), коэффициент дробления в указанных условиях изменялся в широких пределах: от 0,15 % до 1,53 % при расположении ячеек под углом в 10 и от 0,37 % до 3,6 % при угле наклона ячеек равном 50. Во всех вариантах опыта при одинаковых скоростях вращения высевающего диска с увеличением угла наклона ячеек коэффициент дробления возрастает, причем в интервале от 0 до 30 градусов его рост незначителен, интенсивный же рост коэффициента дробления начинается после 30. Так, при скорости движения ячейки 0,3 м/с при а = 30 коэффициент дробления имеет значение 0,55 %, а при а = 50 его значение возрастает до 0,9 %. При скорости ячейки 0,35 м/с и углах наклона ячеек 30, 40 и 50 градусов коэффициент дробления равен 0,9, 1,2 и 1,7% соответственно.
Явление резкого повышения коэффициента дробления при наклоне ячейки на угол, больший 30 объясняется ухудшением условий заполнения ячеек, особенно при увеличении скорости вращения высевающего диска, поэтому семена, не успевшие полностью уложиться в ячейку, подвергаются травмированию при встрече с корпусом высевающего аппарата и защемлению между высевающим диском и роликом -отражателем;
Увеличение утла наклона ячеек на величину, превышающую 30, приводит к интенсивному росту боковой составляющей от собственного веса семени и давления вышележащих слоев, поэтому для попадания семени в ячейку требуется больший промежуток времени. Следовательно, чтобы в соответствии с агротехническими требованиями дробление семян сои не превышало 1 %, необходимо ограничить угол наклона ячеек до 30.
1. Как показали исследования зависимости параметров полосы от угла наклона ячеек высевающего диска, приемлемым является угол в 30, при котором достигается выброс семян на расстояние около 8 см от центра полосы до оси крайней пунктирной строчки.
2. Чтобы показатель дробления не превышал 1 %, необходимо ограничиться углом наклона ячеек крайних рядов высевающего диска до 30.
3. На основании проведенных исследований, принимаем угол наклона ячеек крайних рядов высевающего диска равным 30 .
