Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования
1.1. Анализ существующих способов предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур. Методы и средства для создания искусственной оболочки с ферромагнитными свойствами семян 7
1.2. Анализ технологии и средств механизации посева сахарной свеклы. Агротехнические требования 12
1.3. Обзор конструкции высевающих аппаратов сеялок точного высева 13
1.4. Краткий обзор конструкций сошников сеялок 17
Выводы по главе, цель и задачи исследований 26
Глава 2. Теоретическое исследование процесса работы посевной секции сеялки для посева семян сахарной свеклы
2.1. Теоретическое исследование процесса высева семян в почву магнитным высевающим аппаратом 29
2.2. Теоретическое исследование заделывающих рабочих органов посевной секции. Силовой анализ взаимодействия катка и почвы 34
2.3. Оптимизация параметров свекловичной сеялки с магншным высевающим аппаратом 48
2.4. Разработка математической модели и программы расчета процесса распределения семян на дне борозды вдоль рядка 52
2.5. Выводы по главе 57
Глава 3. Программа и методика экспериментальных исследований
3.1. Программа экспериментальных исследований 59
3.2. Методика проведения экспериментов и использованные измерительные средства 60
3.3. Выводы по главе 71
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований
4.1. Физико-механические свойства семян сахарной свеклы 72
4.2. Исследование по нанесению материалов с ферромагнитными свойствами на поверхность семян сахарной свеклы 76
4.3. Исследование работы магнитного высевающего аппарата... 79
4.4. Энергетическая оценка посевной секции для посева семян сахарной свеклы 93
4.5. Влияние профиля борозды на распределение семян по глубинен площади 95
4.6. Производственные испытания и агротехническая оценка работы экспериментальной сеялки 98
Глава 5. Экономическая эффективность свекловичной сеялки с бороздообразующими катками и магнитным высевающим аппаратом
5.1. Расчет экономической эффективности 103
Выводы по главе 105
Общие выводы 106
Литература 108
- Обзор конструкции высевающих аппаратов сеялок точного высева
- Теоретическое исследование процесса высева семян в почву магнитным высевающим аппаратом
- Методика проведения экспериментов и использованные измерительные средства
- Физико-механические свойства семян сахарной свеклы
Введение к работе
Увеличение объемов производства сельскохозяйственной продукции, улучшение ее качества являются важнейшими составляющими динамичного развития экономики страны в условиях рыночных отношений.
На современном этапе наблюдается сокращение сельскохозяйственного производства. При этом, государственная поддержка по материально-техническому обеспечению агропромышленного комплекса все еще недостаточна, хотя за последние годы и увеличилась.
Для целенаправленного решения многообразных проблем, стоящих перед сельским хозяйством, нужно обратить особое внимание на необходимость изыскания возможностей для интенсификации производства и повышения эффективности хозяйственной деятельности на селе.
В связи с этим следует использовать все возможные подходы для улучшения хозяйственной деятельности, ускорения научно-технического прогресса, роста производительности труда, повышения качества и объемов производства продукции.
Известно, что у многих сельскохозяйственных культур семена очень маленькие или имеют неровную поверхность. Поэтому, высев их с применением обычных сеялок сопряжен с большими трудностями.
При посеве таких семян очень трудно соблюсти требуемую норму высева, равномерность распределения семян в рядке, что приводит к большой изреженности и загущенности посевов.
Устранение этого недостатка, как правило, связано с большими затратами труда. Использование дражированных семян, одним из компонентов которых является железный купорос, при точном высеве семян сахарной свеклы создает возможность для механизированной прорывки растений или вообще исключает необходимость этого агроприема.
Разработка исследованного в настоящей работе магнитного высевающего аппарата позволит производить посев семян сахарной свеклы и других сельскохозяйственных культур, обеспечивая при этом закладку семян в почву по любой схеме или способу посева, рекомендуемым агрономической наукой.
Наносимая на поверхность семян оболочка должна обеспечивать их защиту от механического или иного повреждения во время хранения, транспортировки и при посеве. При этом, она должна легко распадаться в почве и способствовать прорастанию семян и активному росту растений.
Предпосевная обработка семян имеет отлаженную технолоіию. Вместе с тем, увеличение объемов производства сельскохозяйственной продукции в условиях рыночных экономических взаимоотношений возможно только в том случае, если сельский товаропроизводитель научится выпускать конкурентоспособную продукцию.
В нашей стране имеются возможности для производства высококачественных семян, прошедших соответствующюю предпосевную обработку, а также для создания нового типа посевных машин, отвечающих агробиологическим и агротехническим требованиям для развития и рост семян сельскохозяйственных культур.
В соответствии с вышеизложенным, целью работы является обоснование конструктивно-технологических параметров магнитного высевающего аппарата, обеспечивающего качественный однозерновой посев семян сельскохозяйственных культур и повышение производительности сеялки.
Рабочая гипотеза основана на предположении, что технологический процесс точного посева сельскохозяйственных культур возможно осуществить магнитным высевающим аппаратом, предварительно нанеся на поверхность семян ферромагнитный порошок (с железным купоросом).
В результате проведенных исследований были определены конструктивно-технологические параметры магнитного высевающего аппарата точного высева семян сельскохозяйственных культур.
По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе патент РФ на изобретение №2290777.
На защиту выносятся следующие положения выполненной работы:
Создание искусственной оболочки семян сахарной свеклы с магнитными свойствами;
Теоретическое исследование технологического процесса работы посевной секции с магнитным высевающим аппаратом точного высева семян сахарной свеклы;
Методика экспериментальных исследований конструктивных, технологических параметров и энергетических показателей посевной секции сеялки с новым высевающим аппаратом;
Результаты лабораторных опытов по исследованию технологических процессов нанесения на поверхность семян ферромагнитного порошка и работы магнитного высевающего аппарата;
Технико-экономическая оценка предложенной разработки.
Обзор конструкции высевающих аппаратов сеялок точного высева
Качество проведения посева зависит от работы высевающего аппарата. Все современные пропашные сеялки имеют высевающие аппараты, обеспечивающие однозерновое или порционное дозирование семян [1,6, 39, 20].
В связи с тем, что основной способ посева пропашных культур пунктирный [6, 20, 35], наибольшее распространение получили аппараты для однозернового высева семян, которые подразделяются на пневматические и механические [6, 7, 8,4, 9].
Механические высевающие аппараты были первыми аппаратами точного высева [20], поэтому последующее развитие и совершенствование технологического процесса однозернового высева семян пропашных культур связано с совершенствованием аппаратов этого типа.
Мировая практика доказывает [59], что сеялки с установленными механическими высевающими аппаратами по точности высева превосходят пневматические [71, 72].
Механические аппараты по конструктивному исполнению и принципу действия основного рабочего органа, осуществляющего отбор семян из общей массы и создающего семенной поток, можно разделить на катушечные, шнековые, чашечные, ложечные, центробежные, вибрационные, ячеистые и аппараты для укладки семян на влагорастворимые ленты. Аппараты ячеисто- ленточною типа используются на сеялках точного высева "Маммен", фирмы "Жиро" (Франция), "Дальмен" (США), "Хиллешег" (Англия) [89, 90, 91].
Из ячеистых аппаратов большей популярностью пользую і ся: в странах Западной Европы и США - дисковые с горизонтальной осью вращения, в Скандинавских странах и Англии - ленточные.
Ложечные высевающие аппараты больше всего применяются в Швеции, а также в некоторых западноевропейских странах.
Внутриреберчатые, вибрационные, шнековые, центробежные, барабанно-штоковые аппараты и укладка влагорастворимой лешы не нашли широкого применения: одни ввиду сложности и высокой стоимости конструкции, другие - вследствие низкого качества посева [6, 20, 10].
По известным данным, механические и пневматические [14, 41, 11] аппараты точного высева могут подавать заданное число семян с одинаковой точностью. Равномерность раскладки семян в борозде, главным обраюм, зависит от высоты расположения аппарата и, естественно, лучше у аппарат с вертикальным расположением высевающего диска.
Механические ячеисто-ленточные высевающие аппараты в основном используются в английской сеялке "Ситинхей". Высевным устройством в этом аппарате является бесконечная прорезиненная лента со сквозными круглыми отверстиями, натянутая на роликах. Проскальзыванию ленты препятствует натяжное устройство. Для предотвращения попадания семян в почву предусмотрен кронштейн с эластичным щитком. Семена в сквозных ячейках ленты до момента высева удерживаются жестким, шарнирно закрепленным к корпусу щитком. Высевная лента приводится в движение роликом, получающим вращение от цепного редуктора, установленного в корпусе аппарата. Односемянной высев различных по форме и размерам семян, а также высев гнездами, достигается за счет смены высевающих лент, имеющих различные размеры и количество ячеек.
В аппарате предусмотрена система автоматического контроля движения ленты и уровня семян в бункере [12, 13].
Создателем первого дискового высевающего аппарата в 1845 году стал немецкий изобретатель Сакк, который превратил в посевной аппарат обыкновенный диск, для чего просверлил по краю диска ряд ячеек и поставил его вместо дна в бункер [21].
Со временем изобретение Сакка получило развитие в советской машине марки СТСН.
Дисковые высевающие аппараты наиболее широко используются у нас в стране и за рубежом. Они подразделяются на аппараты с горизонтальной, вертикальной и наклонной осью вращения и установлены на сеялках СКНК-6, СКНК - 8, СТХ - 4А, СТСН - 6А, ССТ - 12В, "Мак-кормик", "John Deere", "Монодрил", "ТУЗ", "Evra" (Франция), "Продактс", "Уэбб", Тлостер7 Экзата", "А - 695", "А - 765" и пр. [40, 100, 102]. Ячеисто- дисковый аппарат сеялки ССТ - 12В с некоторыми конструктивными отличиями применяется на сеялках "Уэбб" и "Глостер" (Англия), "Моноцентра", "Экзата", "Фендт", "Уникорн-2", "Сетбнер", "Монцентр - СП", "А-695", "А-765" (Германия), "Туме-Моно" (Финляндия), "Тэнк" (Бельгия), "Мэсси - Фергюсон" (США), "Пальм" (Дания). [90, 91, 92, 103,104].
Высевающие аппараты дисково-ложечного типа установлены на сеялках "Смат" (Англия), "Нибекс" (Швеция), "Джон-Дир" (США) и др. Отличительной особенностью английской сеялки "Давид томас" [87, 88, 101] является наличие двух ячеистых дисков, расположенных один над другим. Верхний диск выполняет функцию дозатора, нижний - транспортера. При движении сеялки семена из бункера самотеком поступают в заборную камеру, где захватываются ячейками диска дозатора и переносятся на поверхность транспортирующего диска, который подает их в раскрьпую сошником борозду [15, 16, 19].
Механические высеивающие аппараты ячеистого дискового шла с вертикальной осью вращения чаще всего используются для пунк і ирного и гнездового посева семян кукурузы и подсолнечника. На овощных сеялках -достаточно редко [19].
Теоретическое исследование процесса высева семян в почву магнитным высевающим аппаратом
Таким образом, анализ конструктивных решений сошников показывает, что основное направление их совершенствования - повышение копирующих свойств путем оптимизации подвески и конструкции самих сошников, введение в конструкцию новых элементов и различного рода демпферов и отражателей. Однако, при работе таких сошников в переувлажненной почве, эти различного рода демпферы, отражатели и катки сами становятся объектами налипания почвы, что приводит к снижению качества посева, увеличению энергетических затрат на проведение технологического процесса высева семян.
Имеются опытно-конструкторские разработки по двухдисковым сошникам, осуществленные М.Х.Каскуловым и М.Б.Ероковым [51], главной целью которых является уменьшение налипания почвы на рабочие поверхности сошников. Однако эти работы требуют создания дополнительного оборудования для нанесения специальных покрытий на рабочие органы сошников, что связано с большими материальными затратами.
Существуют различные виды магнитных высевающих аппаратов [24], однако эти устройства не обеспечивают однозернового высева семян, так как к расположенным по ободу диска электромагнитным захватам могут притягиваться по несколько семян, что препятствует точному высеву. На основании анализа отечественных и зарубежных аналогов, нами предложен магнитный высевающий аппарат, который состоит из корпуса (изготовлен из диэлектрических материалов), семяподводящего и семяотводящего каналов, лопастного семясбрасывателя со своей осью вращения и высевающего диска с закрепленными на нем магнитными пластинами. Диск установлен на приводном валу таким образом, чтобы он имел возможность вращаться синхронно с осью вращения лопастного семясбрасывателя. Кроме того, следует отметить, что в последние годы нами проведены научные исследования по уменьшению налипания рабочих органов посевных маши при работе во влажных почвах путем замены сошниковой системы бороздообразующими катками [48]. Такая система посевной машины по-новому решает технологический процесс заделки семян в почву. В устройстве для посева, содержащем раму, бункер для семян, семяпроводы и разбрасыватель семян, разбрасыватель семян имеет возможность вращения вокруг своей оси и регулировки угла наклона этой оси в горизонтальной и вертикальной плоскостях. [45]. Выводы по главе, цель и задачи исследований На основании проведенного анализа научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ установлено, чго в весенний период поверхность почвы быстро прогревается за счет солнечной знеріии и образуется сухой слой в горизонте 0....3 см, а нижний горизонт имеет влажность 28...30 %. При копировании поверхности почвы бороздообразующими катками верхняя корка почвы продавливается и образуется канавка глубиной, равной глубине заделки семян. При этом, поверхность катка не залипает почвой, и каток выполняет роль бороздообразователя. Замена сошниковой системы в посевных машинах бороздообразующими катками дает возможное і ь решить две основные задачи: - обеспечение выполнения агротехнических требований по глубине заделки и равномерности распределения семян вдоль семенного ложа; - снижение энергозатрат при работе сеялки и обеспечение надежной работы посевной машины на переувлажненных почвах. Проведенный анализ состояния проблемы показал, что в настоящее время отсутствуют технологические решения по созданию новых посевных машин, которые обеспечивали бы выполнение агротехнических и технологических требований при работе в переувлажненных почвах. [47]. Основной проблемой при посеве в переувлажненную почву является залипание рабочих органов (сошников) почвой, вследствие чего возрастает внутреннее трение в почве, увеличивается тяговое сопротивление агрегата, нарушается технологический процесс распределения семян по площади и глубине их заделки в почву. Кроме того, следует отметить, что до настоящего времени нет научно-исследовательских работ по созданию посевной машины для посева семян сахарной свеклы по выбранной нами технологической схеме. Исходя из вышеизложенного, возникает необходимость проведения теоретических и экспериментальных исследований по оптимизации параметров рабочих органов и выбору наиболее перспективных научных направлений по созданию посевных машин для посева семян сахарной свеклы. Для решения данной проблемы были поставлены следующие основные задачи: - разработать установку и отработать технологию нанесения покрытия на поверхности семян сахарной свеклы материалов, обладающих ферромагнитными свойствами; проанализировать научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, как в нашей стране, так и за рубежом и выбрать оптимальную технологическую схему посева семян сахарной свеклы.
Методика проведения экспериментов и использованные измерительные средства
В результате испытаний установлено: бороздообразующие катки формируют такие бороздки, которые позволяют заделывать семена на глубину 2-3 см, причем заделка семян на 90-95% происходит на заданную глубину.
Глубину заделки семян можно регулировать усилием сжатия пружины, которая установлена на раме катка. Проверка соответствия количества высеваемых семян (подачи) норме высева определялась по известной методике [17] в поле. В заполненных на 1/3 бункерах разравниваюі семена и отмечают (мелом) на стенках их верхний уровень. Затем в каждый бункер засыпают контрольную навеску семян т, определяемую по формуле:
В результате производственной проверки установлено, что степень отклонения фактического шага посева от заданного не превышает 20%.
Для установления технико-экономических показателей и улучшения их, важное значение имеет увеличение коэффициента использования времени. В этой связи определение расстояний между заправочными пунктами является важным показателем для повышения производительности посевного агрегата.
Установлено, что расстояние между пунктами заправки сеялки семенами зависит от нормы высева, вместимости бункеров для семян, количества их на сеялке, насыпной плотности семян, ширины захвата. Для посевного агрегата оптимальным является расстояние 2500 м. Желательно, чтобы заправочные пункты располагались на одной стороне поля.
На основании производственной проверки установлено, что новая сеялка с магнитным высевающим аппаратом на базе сеялки СУПН-8 обеспечивает производительность 12,62 га за смену при скорости 7-8 км/час, с соблюдением агротехнических требований к посеву семян сахарной свеклы.
Расчет экономической эффективности использования свекловичной сеялки с бороздообразующими катками и магнитным высевающим аппаратом проводился по типовой методике [30,80] путем сопоставления затрат на выполнение технологического процесса в сравнении с базовым вариантом.
За базу сравнения приняли односеялочный агрегат, состоящий из трактора МТЗ-80 и пропашной сеялки СУПН-8 с серийными сошниками.
Основными показателями экономической эффективности использования результатов научно-исследовательской работы являлись прирост урожайности сельскохозяйственных культур и получаемый юдовой экономический эффект [86,80].
Исходные данные для расчета экономической эффективное і и в таблице 5.1 приняты на основании установленных нормативов [65] и результатов проведенной нами эксплуатационной технологической оценки. Эксплуатационно-технологическая оценка посевных агрегатов проводилась в соответствии с общепринятой методикой.
Общий годовой экономический эффект от использования сеялки с экспериментальными сошниками определяли суммированием экономического эффекта от прироста урожайности и экономии эксплуашционных затрат в связи с увеличением величины основных зксплуаіационно-гехнологических показателей [80].
Стоимость прироста основной и побочной продукции в расчете на 1 га установлена путем оценки дополнительной продукции, получаемой в реїультате использования эксперимешальных сошников по выражению:
Физико-механические свойства семян сахарной свеклы
Проведенный анализ состояния проблемы показал, что в настоящее время отсутствуют конструктивные и технологические решения по созданию новых посевных машин, которые обеспечивали бы высокую точность и равномерность высева семян сахарной свеклы. Однако, эта задача может быть решена путем нанесения на поверхность семян ферромагнитных материалов и осуществления посева семян сеялкой, оснащенной магнитными высевающими аппаратами. 2. Предложена конструкция нового магнитного высевающего аппарата точного высева семян сахарной свеклы, техническая новизна которого подтверждена патентом РФ на изобретение №2290777. 3. Разработаны элементы теории посевной секции сеялки, оснащённой магнитным высевающим аппаратом, дающие основание для выбора основных технологических, кинематических, энергетических и рабочих параметров, а также получены формулы, с использованием которых можно определить основные параметры бороздообразующего катка. 4. Разработана математическая модель и программа расчета технологического процесса распределения семян на дне борозды магнитным высевающим аппаратом. 5. В результате экспериментальных исследований получена статистическая математическая модель процесса подачи семян сахарной свеклы магнитным высевающим аппаратом и формирование бороздок катком для укладки единичных семян на дно борозды. 6. Установлено, что бороздообразующий каток, выполненный по его периферии в виде усеченного клина, взаимодействуя с почвой, формирует борозды различного профиля. Их профиль зависит от влажности почвы, силы нормального давления на каток и плотности почвы. 7. Проведенными экспериментальными исследованиями установлено: - плотность дна борозды, образованной сошником зависит от глубины его хода и подчиняется закономерности, полученной теоретическими исследованиями; - оптимальные конструктивные параметры бороздообразующего катка, обеспечивающие достаточную равномерность глубины хода и распределения семян на дне борозды с необходимыми интервалами между семенами: диаметр диска катка-0,25...0,3 м; ширина катка - 0,05 м; угол конуса обода катка- 18...20; ширина торца усеченного клина - 0,01 м. 8. В период полевых испытаний сеялки с магнитными высевающими аппаратами и серийной сеялки установлено: - достигается повышение производительности на 21,9%; - повышается точность высева на 6%; - снижаются эксплуатационные затраты на 55 руб./га; - 85...90% семян, заделанных новым сошником, размещаются в интервале глубины 2-3 см. 9. Годовой экономический эффект за счет уменьшения приведенных затрат и повышения урожайности сахарной свеклы составил - 120,2 тыс. рублей от использования одной сеялки.
