Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования
1.1. Соя: общие сведения о культуре 6
1.2. Природно - климатические условия Приморского края 12
1.3. Анализ существующих способов посева сои 17
1.4. Обзор конструкций механических аппаратов точного высева 28
1.5. Анализ теоретических и экспериментальных исследований работы аппаратов точного высева 44
Выводы 51
Цель работы и задачи исследования 52
CLASS 2. Теоретические исследовани CLASS я
2.1. Условия западання семени сои вячейку 53
2.2. Обоснование процесса формирования строчки посева 62
Выводы 70
3. Программа и методика экспериментальных исследований
3.1. Программа экспериментальных исследований 71
3.2. Методика проведения экспериментальных исследований 71
3.2.1. Лабораторная установка для исследования работы высевающих аппаратов 71
3.2.2. Экспериментальный высевающий аппарат 74
3.2.3. Методика исследования влияния ширины камеры заполнения на изменение крутящего момента на валу диска и дробление семян сои 76
3.2.4. Методика определения расчетных параметров полета семян сои 88
3.3. Методика математической обработки экспериментальных данных 89
4. Результаты экспериментальных исследований
4.1. Геометрические и весовые параметры семян сои 94
4.2. Влияние геометрических показателей высевающего аппарата на величину момента на приводном валу и дробление семян сои 96
4.3. Оценка качества работы высевающего аппарата 101
4.3.1. Влияние режима работы экспериментального высевающего аппарата на изменение количества высеваемых семян сои 105
4.3.2. Влияние режима работы экспериментального высевающего аппарата на дробление семян сои 107
4.4. Результаты полевых испытаний 108
4.4.1 Распределение растений сои в строчке 109
4.4.2 Влияние применения экспериментального высевающего
аппарата на урожайность 113
Выводы 114
5. Технико-экономическое и энергетическое обоснование внедрения предлагаемого высевающего аппарата
5.1. Технико-экономические показатели 115
5.2. Энергетическая эффективность внедрения предлагаемого высевающего аппарата 119
Общие выводы 125
Список использованной литературы 126
Приложения
- Соя: общие сведения о культуре
- Программа экспериментальных исследований
- Геометрические и весовые параметры семян сои
- Технико-экономические показатели
Введение к работе
Соя - одна из ценнейших технических и кормовых культур, она занимает одно из первых мест по обеспечению населения растительным белком. Лидирующее положение ей обеспечивают уникальные по количеству и составу белок, масло и кормовая ценность. 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 России в 2006* году под соей было занято более 750 тыс. га. На Дальнем Востоке (Амурская область, Приморский край, Хабаровский край, ЕАО) соя возделывается на площади более 500 тыс. га (для сравнения, в 2000 году - 330 тыс. га). Остальные площади в европейской части России сосредоточены в Краснодарском крае и Черноземье. В Украине в последние годы также наблюдается значительный рост площадей, занятых соей, которые сейчас насчитывают более 500 тыс. га.
На территории Приморского края соя возделывается с начала XX века и всегда занимает ведущее значение в аграрном секторе экономики края. За последние пять лет, площади занятые под соей увеличились почти на 30%.
Из года в год научно-исследовательские институты страны работают над проблемой повышения урожайности сои. Одним из наиболее действенных путей кардинального повышения урожайности сои, а, стало быть, и экономической эффективности ее возделывания, как показывает передовой отечественный и зарубежный опыт, является применение интенсивных технологий возделывания, которые базируются на
5 комплексном использовании биологического потенциала наиболее
перспективных сортов сои, применении высокопроизводительных машин,
эффективных средств защиты растений и оптимальных доз минеральных
удобрений, почвенных и агроклиматических условий, а так же внедрения
прогрессивных форм организации труда.
Одним из условий интенсивной технологии является качественный
посев, который обеспечивается при использовании сельскохозяйственных
машин для точного высева семян. Применение подобных технологий в
регионе сдерживается, прежде всего, отсутствием специализированных
машин для посева сои. Попытки в условиях хозяйств приспособить для этих
целей подобные машины из систем машин для других культур успеха не
имеют из-за несоответствия технологического процесса их работы,
размерным, физико-механическим и технологическим характеристикам
семян сои. В результате посев не удовлетворяет требованиям качества.
В связи с этим разработка конструкции высевающего аппарата и
обоснование режимов его работы представляет из себя важную научную
задачу и имеет большое значение для сельскохозяйственного производства.
Соя: общие сведения о культуре
Соя - ценная сельскохозяйственная культура, не имеющая равных себе по содержанию и качеству белка. Зерно сои содержит 38-48 % полноценного белка, сбалансированного по аминокислотам, 20 - 26 % жира и более 20 % углеводов. В 1 кг семян сои-320-450 г протеина, 21,9 г лизина, 4,85 - метионина, 4,92 - триптофана. В соевом жмыхе -38-39 % белка, 5,5 % жира; из 10 ц зерна получают 7 - 7,5 ц шрота, содержащего 40% протеина, 1,4% жира. 100 кг зерна эквивалентны 131 корм, ед., 100 кг зеленой массы-21 корм, ед., причем на 1 корм. ед. приходится 223 г периваримого протеина [52].
Такой состав определяет универсальность использования сои, которая является одновременно продовольственной, технической и кормовой культурой. Применению сои в различных целях посвящено множество работ отечественных и зарубежных ученых [2, 3, 49, 68 и др.], подчеркивающих значение этой культуры для хозяйственной деятельности.
Соевое масло в общей продукции мирового производства растительных масел занимает первое место. В США, например, производство соевого масла составляет около 90 % от всего количества производимых в стране растительных и животных жиров [76]. О достоинствах сои для питания человека начинается большинство литературы по этой культуре [35, 84 и др.], отмечается, что пищевая ценность сои дает возможность решить проблему белка как продукта питания. Опыт многих стран показывает, что совершенствование технологии промышленной переработки зерна и развитие пищевой промышленности способствуют все большему внедрению в производство продуктов питания на основе сои, приготавливаемых, например, из смеси мясного фарша и очищенного соевого белка. Стоимость таких продуктов значительно ниже, но по пищевой ценности, содержанию белка, вкусовым качествам они мало отличаются от мясных.
В качестве сырьевого материала соя имеет важное значение для промышленности. В мировом промышленном производстве она используется для выпуска более 400 видов различной продукции . Широкое применение соя как сырье находит в химической, фармацевтической, авиационной, оборонной и других отраслях индустрии [50]. Олифы из полимеризованного соевого масла могут с успехом конкурировать с тунговыми, предназначенными, например, для окраски корпусов морских судов. Японскими учеными разработан способ получения искусственного каучука и изготовления смазки для авиационных двигателей из соевого сырья. Особенно широкое применение для пищевых и технических целей соя получила в США, где ее переработкой занимаются более 150 крупных промышленных предприятий [118].
Промышленное применение сои не ограничивается приведенными выше примерами, возможности сои как сырья далеко не исчерпаны.
В настоящее время главным фактором повышения эффективности животноводства является создание прочной кормовой базы. Практика многих хозяйств Дальнего Востока указывает на разнообразные возможности применения сои на корм животным [13]. По данным зоотехнической науки в кормовой единице должно содержаться 100 г перевариваемого протеина, пока же в среднем этот показатель не превышает 80 г, что приводит к нерациональному использованию кормов [2]. Соя же повышает питательную ценность корма, улучшает сбалансированность его по белку и по ряду дефицитных аминокислот, что позволяет сократить расход корма на производство продукции животноводства и снизить ее себестоимость. Продукты переработки зерна сои - шрот и жмых идут на скармливание животным. Соевый шрот оценивается на международном рынке в два раза дороже зерна пшеницы [67]. В США из общей стоимости продукции соеперерабатывающей промышленности около двух третей приходится на стоимость шрота и только около третьей части - на масло. Хорошим объемным и белковым кормом служит солома сои. По качеству она не уступает луговому сену и содержит до 4 % белка [2]. Высокими кормовыми качествами обладают также зеленая масса растений сои, сено, полова. Внимания заслуживают совместные посевы сои и кукурузы [67]. Дальнейший рост потребления соевого шрота в СНГ пока не может быть обеспечен только за счёт увеличения площадей и наращивания валового сбора зерна в силу множества причин, среди которых и низкая урожайность, составляющая в среднем 0,6 — 1,05 т/га.
Высоко и агротехническое значение сои. В условиях Дальнего Востока она занимает одно из ведущих мест в севообороте и является хорошим предшественником для многих сельскохозяйственных культур [1, 3]. Это связано с тем, что растения сои, благодаря способности к симбиозу с клубеньковыми бактериями, синтезируют азот из воздуха и обогащают им почву. Часть такого азота накапливается в пожнивных и корневых остатках и, после разложения органического вещества, может быть использована в качестве азотной пищи последующими культурами. Как пропашная культура соя дает возможность успешно бороться с сорняками. Проведение междурядных обработок и боронование ее посевов позволяет успешно бороться с большим спектром сорняков [53].
В основных соесеющих районах Дальнего Востока, где почвы имеют маломощный гумусовый горизонт, неблагоприятные физические свойства и повышенную кислотность, соя представляет интерес как сидеральная культура, используемая на удобрение [19].
Программа экспериментальных исследований
В качестве объекта исследования рассматривается процесс посева сои, осуществляемый вертикально-дисковым высевающим аппаратом с боковым заполнением.
В процессе исследования планируется решение следующих вопросов: 1. Установить влияние ширины камеры заполнения на мощностные и качественные показатели работы высевающего аппарата. 2. 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. 3. Исследовать распределение растений в строчке при высеве экспериментальным аппаратом. 4. По результатам полевых испытаний сравнить качество посева на урожайность. 5. Провести технико-экономическое обоснование. 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 рисунке 3.1, общий вид на рисунке 3.2. тг тгі ггг ггггггпгііг » г » і ттггіггтт гггггггттгггггггтгггіггтгтггтгггттт пггт г//////м///////#////////////////////м шао/ Ш Ш ш jl 1} At AJ 2 Рис. 3.1. Схема лабораторной установки: 1 - рама основная; электродвигатель; 3,4,5 - коробка передач; 6,7,8,9,10 - передача цепная; 11,12,13 - звездочка натяжная; 14 - валец ведущий; 15 - аппарат высевающий; 16 - лента липкая; 17 - валец ведомый; 18 - натяжитель; 19 - рама; 20 - направляющая
Конструктивно установка (рис. 3.1) размещается на сваренной из стального уголка раме 1, жестко установленной на фундаменте. Привод высевающего аппарата 15 и липкой ленты 16 осуществляется от электродвигателя 2 посредством цепных передач 6, 7, 8, 9, 10 и трех коробок перемены передач 3,4, 5.
Установка работает следующим образом. От электродвигателя 2 через цепную передачу 8 крутящий момент передается на ведущий вал коробки передач 5, далее от ведомого вала коробки передач 5 получают вращение посредством цепных передач 7 и 9 с одной стороны коробки передач 4 -приводной вал высевающего аппарата 15, с другой стороны - ведущий вал коробки передач 3, приводящей во вращение через цепную передачу 10 ведущий валец 14 привода липкой ленты 16. Натяжение цепных передач 6, 8, и 10 регулируется перемещением натяжных звездочек 12, 13 и 11 соответственно.
Липкая лента 16 натянута на двух вальцах - ведущем 14 и ведомом 17. Рабочая ветвь липкой ленты 16 скользит тыльной поверхностью по направляющей 20. Натяжение липкой ленты 16 осуществляется натяжителем 18, передвигающим ведомый валец 17.
Изменение скорости вращения высевающего диска осуществляется путем перемены передаточного отношения в коробке передач 4 и 5.
Скорость липкой ленты изменяется переменой передач в коробках передач 3, 5 и перестановкой звездочек цепных передач привода липкой ленты. Питание экспериментальной установки осуществляется через щит управления (рис. 3.3). Рис. 3.3. Щит управления экспериментальной установкой: 1 - выключатель пакетный; 2 - кнопочная станция; 3 - разъем питания установки 380 V; 4 - разъем питания измерительных приборов 220 V; 5 - пускатель магнитный
Геометрические и весовые параметры семян сои
Исследование рабочих параметров и режимов работы высевающего аппарата с боковым заполнением для посева сои производилось в лабораторных условиях на экспериментальной установке. Результаты многофакторного опыта по исследованию влияния размеров семян сои и ширины камеры заполнения на величину крутящего момента на валу высевающего аппарата, влияние скорости диска и ширины камеры заполнения на величину дробления представлены рисунках 4.4 и 4.5, в таблице 4 и 5 приложения 1.
С изменением ширины камеры заполнения происходит изменение количества зерна сои, находящегося внутри камеры заполнения, и следовательно изменяется величина крутящего момента на валу. Чем больше сопротивление семян, тем выше величина крутящего момента. В процессе лабораторных испытаний ширина камеры заполнения изменялась от 16 мм до 46 мм путем замены боковых колец с шагом 6 мм. Исследования проводились для всего спектра вариационных характеристик семян. На рисунке 4.4 приведена зависимость изменения крутящего момента в зависимости от ширины камеры заполнения при линейной скорости диска Рис. 4.4. Зависимость момента на ведущем валу от геометрических размеров семян сои и ширины камеры заполнения высевающего аппарата Из приведенной зависимости следует, что минимальный крутящий момент соответствует ширине камеры 32...36 мм. При уменьшении ширины камеры заполнения до минимально значения 16 мм величина момента достигает своего максимального значения. При увеличении ширины камеры заполнения свыше 36 мм происходит незначительный рост крутящего момента.
Как показывают результаты исследований дробление изменяется в довольно широких пределах: от 0,08% до 4,8%. Во всех вариантах опыта при увеличении ширины камеры заполнения дробление семян сои снижается даже при высоких скоростях высевающего диска. При ширине камеры 16 мм наблюдается самое высокое значение дробления семян сои. Повышение дробления связано с малым объемом камеры заполнения вследствие чего происходит заклинивание семян сои между диском и крышкой камеры заполнения, что приводит к накоплению в камере дробленых семян.
На рисунках 4.6 и 4.7 представлены результаты опыта, где на такие критерии оптимизации, как момент на валу высевающего аппарата и дробление семян сои, было выявлено действие следующих факторов: ширина камеры заполнения, линейные средние размеры семян сои и линейная скорость высевающего диска.
Поверхность отклика момента на валу высевающего диска в зависимости от ширины камеры заполнения и средних линейных размеров семян сои
Из опытов следует, что минимальное дробление семян происходит при ширине камеры заполнения 46 мм и скорости высевающего диска 0,21 м/с. Однако, при уменьшении камеры заполнения до 28 мм происходит увеличение дробления семян сои. Следовательно, чтобы в соответствии с агротехническими требованиями дробление семян сои не превышало 1%, необходимо ограничить ширину камеры заполнения 32...36 мм, а линейную скорость диска ограничить до 0,41 м/с.
Технико-экономические показатели
Анализ результатов эксперимента (рис. 4.13) показывает, что с увеличением скорости движения посевного агрегата дробление семян увеличивается, причем, если в интервале рабочих скоростей от 1,1 м/с до 2,6 м/с прирост поврежденных семян составляет 0,12% на каждые 0,3 м/с увеличения скорости, то в интервале скоростей от 2,6 м/с до 3,5 м/с - 0,3%. С повышением скорости движения сеялки до 3,5 м/с, при большой скорости вращения высевающего диска, вследствие ухудшения условий заполнения ячеек семенами вероятность травмирования семян сои повышается, и процент раздробленных экспериментальным высевающим аппаратом семян достигает 1,7 %.
В диапазоне рабочих скоростей (до 2,5 м/с) величина дробления семян экспериментальным высевающим аппаратом находится на допускаемом агротребованиями при посеве сои уровне и не превышает 1 %.
Задачами экспериментальных исследований, результаты которых приводятся в излагаемой части работы, являлись: проверка способности экспериментального высевающего аппарата производить пунктирный посев сои в полевых условиях; изучение характера распределения растений сои в строчке при высеве семян экспериментальным высевающим аппаратом; сравнение урожайности при посеве существующем высевающим аппаратом и экспериментальным высевающим аппаратом.
Для опыта были подобраны участки с типичной для основных соесеющих районов Приморского края почвой, ровным рельефом и обычно предшествующей сое культурой (пшеницей).
Почва опытных участков среднего плодородия, буро — подзолистая, с пахотным горизонтом около 20 см, по механическому составу - средний суглинок. Метеорологические условия, сопутствующие полевым опытам, приводятся в таблице 4.1. Таблица 4.1. Метеорологические условия в период проведения полевого опыта
По данным таблицы 4.1 видно, что метеорологические условия благоприятствовали развитию растений сои. Среднесуточная температура всех летних месяцев была несколько выше среднесуточной температуры по усредненным многолетним данным (в пределах 1...2С), при этом количество осадков по месяцам было немного ниже нормы. Тем не менее можно считать, что метеоусловия в год проведения полевых опытов примерно соответствовали средним многолетним метеоданным по Приморскому краю.
Для создания оптимальных условий развития растений сои и проведения междурядных обработок, на основании анализа существующих способов посева, нами предложена следующая схема посева сои (рис. 4.14): ширина междурядий 0,45 м, семена сои высеваются строчкой, при этом расчетное расстояние между семенами в продольном направлении — 0,055 м. по Рис. 4.14. Схема посева сои Посев пунктирным способом (рис. 4.15) производился сеялкой ССТ — 12, оборудованной экспериментальным высевающим аппаратом. Рис. 4.15. Посев сои экспериментальным высевающим аппаратом Результаты исследования распределения растений в строчке приведены в таблице 6 приложения 1. Замеры производились по методике, принятой для лабораторных опытов по оценке равномерности высева на липкую ленту с Ill а той разницей, что расстояние между растениями измеряли линейкой. Рис. 4.16. Соя. Фаза тройчатого листа: а - базовый вариант; б - экспериментальный вариант
Результаты опыта показывают, что закономерность распределения семян, полученная при высеве на липкую ленту и в почву, подтверждается в полевых условиях всходами растений сои, возможные отклонения интервалов между растениями от интервалов между семенами объясняются всхожестью семян, воздействием прорастания, воздействием на семена комочков почвы при закрытии борозды и рядом других факторов, влияющих на семена сои в период от попадания их в открытую борозду до появления всходов, при этом сохраняется равномерность распределения растений по площади питания. Как видно, на рисунке 4.16 всходы сои при посеве экспериментальным высевающим аппаратом более равномерные, при этом обеспечивается оптимальная площадь питания для растения и освещенность.
