Введение к работе
Актуальность работы. Объективная необходимость в удовлетворении растущих потребностей населения в продуктах питания и промышленности в сырье выдвигает задачу повышения производства зерна за счет увеличения урожайности сельскохозяйственных культур. Первостепенным и менее энергоемким фактором повышения продуктивности растений является использование на посев биологически ценных семян. Высококачественный семенной материал является необходимым условием полного использования его генетического потенциала.
Основную массу семян подготавливают преимущественно по поточной технологии с применением зерноочистительных агрегатов и комплексов, семяочистительных приставок, а также семяобрабатываюших линий (пунктов, заводов), строящихся по типовым проектам. Качество семенного материала в значительной мере определяется состоянием материально -технической базы послеуборочной обработки, которое нельзя признать удовлетворительным по техническому уровню выпускаемого промышленностью оборудования.
Подготовка семян по поточным технологиям не позволяет осуществить отбор высококачественных семян без их больших потерь в отходы и существенного травмирования.
В последние 5...7 лет в хозяйствах Российской Федерации из высеянных семян лишь 47...48,2 % составляли семена 1-го и 2-го классов стандарта, при этом 15...20 % площадей, занятых под зерновыми культурами, засевали не классными семенами. Основное несоответствие семян требованиям высокой классности - повышенное содержание трудноотделимых примесей и низкая всхожесть. По данным ряда исследователей недобор урожая в целом по стране из-за неудовлетворительной подготовки семян составляет 10... 15 млн.тонн (2...2,5 ц/га).
Повреждение семян вызывает снижение их продуктивных и урожайных свойств. Подсчитано, что наличие в семенном материале 10 % семян с различного рода травмами приводит к снижению урожайности зерновых культур и обусловливает недобор, по крайней мере, 1 ц с каждого гектара.
В масштабах России даже незначительное снижение всхожести семян ведет к большим потерям, так как требует увеличения нормы высева на гектар и часто отражается на урожайности. Снижение всхожести семян пшеницы на 1 % при площади 40...50 млн. га вызывает дополнительные затраты около 50 тыс. тонн семян. Следовательно, при посеве семенами 2 - го класса (с всхожестью не менее 90 % ) вместо 1-го класса (с всхожестью не менее 95 %) такие дополнительные затраты составят 250 тыс. тонн. Поэтому посев семенами не высокого качества приводит к бесцельной трате огромного количества органических веществ (белгов, углеводов, жиров), которые могли быть использованы на пищевые и фуражные цели. При этом значительная часть средств^рзсходуется на предпосевную подготовку (протравливание или инкрустацию, погрузочно - разгрузочные и транспортные работы) дополнительно высеваемого количества семян.
Применение биологически ценных семян является одним из наиболее важных и необходимых условий для решения двух взаимосвязанных народнохозяйственных проблем: увеличения валового сбора зерна на 30...50 % и уменьшения нормы высева семян до 170...200 кг/га (против 250...280 кг/га).
Задача отбора высокопродуктивных семян связана с необходимостью разработки новых технологических процессов и рабочих органов машин, обеспечивающих сепарацию семян по признакам, имеющим высокую корреляционную связь с урожайностью.
Исследования и разработки, составившие основу диссертации, выполнены в ВИМе по планам научно - исследовательских работ на 1981...1985 гг.,1985...1990 гг. и 1990...1995 гг., в соответствии с утвержденными Государственным комитетом по науке и технике СССР проблемами и заданиями:
- задание 02.03. общесоюзной научно-технической программы 0.51.12. " Разработать
и внедрить технологические процессы и технические средства послеуборочной обработки и
хранения на промышленной основе семян зерновых колосовых культур для семяобрабаты-
вающих пунктов с сезонной производительностью до 10 тыс. тонн ";
- проект " Разработать эколого - генетические основы и методы семеноводства и семеноведения, создать системы промышленного семеноводства сельскохозяйственных культур " по направлению " Высокоэффективные процессы производства продовольствия ".
Цель исследований - разработка технологий и технических средств очистки и сортирования, обеспечивающих существенный научно - технический прогресс в подготовке высококачественных семян путем как повышения качества, так и увеличения выхода полноценного посевного материала.
Объекты исследований -семенной ворох, процессы и рабочие органы для очистки и сортирования семян.
Методика исследований. Физико-механические свойства, продуктивные и урожайные качества семян определяли по специально разработанным методикам, и в соответствии с государственными и отраслевыми стандартами ( ГОСТ 12041 - 82, ГОСТ 12038 - 84.ГОСТ 70.102 - 83 и т.д.). При этом использовали дополнительно разработанные устройства ,а также рекомендуемые стандартами приборы и оборудование, рентгенографический комплекс для диагностики скрытой поврежденное семян.
Математическая характеристика зернового материала как объекта сепарирования представлена на основе теории распознавания образов обобщенными признаками компонентов исходной смеси, функционально выраженными через основные признаки делимости.
Основные структурные и гидродинамические характеристики процесса расслоения семян в псевдоожиженном слое определяли на лабораторной установке, обеспечивающей изменение амплитуды колебаний рабочей поверхности от 0 до 20 мм, частоту колебаний от 0 до 20 Гц, скорость фильтрации воздушного потока от 0 до 4 м/ с .
Новые технологические процессы и рабочие органы машин, обеспечивающие отбор высококачественных семян в процессе очистки и сортирования исследовали на физических моделях, макетных и натурных образцах в производственных условиях, а также при ведомственных и государственных испытаниях.
Результаты экспериментов обрабатывали методами математической статистики с использованием специальных программ для ЭВМ и в соответствии с требованиями ГОСТ 8.207 - 76 " Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений ".
Основные научные результаты:
методика расчета на ЭВМ признаков делимости, а также признаков разделения семян на рабочих органах семяочистительных машин на основе применения принципов распознавания образов комплексных характеристик исходного материала и материалов разделенных фракций;
аналитическая зависимость комплексного признака разделения семенного материала на машине окончательной очистки от физико - механических свойств исходного материала , послужившего основой для разработки фракционной технологии очистки, обеспечивающей увеличение выхода высококачественных семян на 25...30 %;
закономерности процесса расслоения семян зерновых культур в псевдоожиженном слое и его основные структурные и гидродинамические характеристики, послужившие основой разработки вибропневмосепараторов с трапециевидной , прямоточной и цилиндрической деками при высоких удельных зерновых нагрузках;
математическая модель процесса сепарации зернового вороха с высоким содержанием соломистых примесей в пневмоинерционных сепараторах, позволившая обосновать технологическую схему и основные параметры сепаратора с двумя аспирационными кана-
лами производительностью 25 т/ч, обеспечивающего качественные показатели очистки зернового вороха в соответствии с агротехническими требованиями по технологии " Невейка " со сбором всего биологического урожая;
аэродинамические и кинематические характеристики работы решета, продуваемого нисходящим воздушным потоком, составившие основу разработки процесса пневморешет-ной сепарации , позволяющего в 2...3 раза повысить эффективность разделения семенных материалов на решетах;
обоснование процесса сортирования семенных материалов по плотности семян в псевдоожиженном слое в поле центробежных сил, послужившее основой разработки нового способа сепарации и высокопроизводительных рабочих органов для сортирования семян;
методики определения физико - механических свойств: (сферичности, коэффициентов трения и восстановления, сыпучести, положения центров тяжести, травмированности), позволившие повысить точность и снизить трудоемкость работ при исследовании комплексных признаков делимости и разделения семенных материалов;
основные положения о влиянии поврежденное семян в результате их машинной подготовки на качество посевного материала.
Оригинальность технологических и конструктивных решений, защищена 102 авторскими свидетельствами и патентами. Научную новизну имеют:
математическая модель комплексного признака сепарации, учитывающая многообразие свойств семенного материала как биологического объекта машинного воздействия;
закономерности процесса расслоения семян зерновых культур в псевдоожиженном слое и его структурные и гидродинамические характеристики;
методика выявления на ЭВМ определяющего признака делимости исходной зерновой смеси с учетом требуемого качества конечного продукта по физико - механическим и агробиологическим признакам.
Практическую ценность имеют:
технология очистки семян основных зерновых культур, обеспечивающая выделение биологически наиболее ценного посевного материала;
конструктивная схема и основные параметры высокопроизводительной (5...10 т/ч ) машины окончательной очистки семян с трапециевидной декой (ас. №№ 1459711, 1468590, 1468591, 1489832, 1609519, 1671371);
конструктивная схема и основные параметры вибропневмосепараторов с прямоточной и с цилиндрической деками (а.с. №№ 1722619 и 1803200);
аэродинамические и кинематические параметры процесса пневморешетной сепарации с нисходящим воздушным потоком (а.с. №№ 1659127,1669584, 1726059, 1773501);
конструктивная схема и основные параметры пневмоинерционного ворохоочисти-теля с двумя аспирационными каналами для разделения зерносоломистого вороха с высоким содержанием соломистых примесей (а.с. Хй№ 1609519 и 1787581);
технология и технические средства очистки семян для фермерских хозяйств производительностью 2 т/ч (а.с. XsKs 1763051 и 1764717);
фракционная технология очистки семян бобовых трав при обработке урожая на стационаре;
методики и технические средства, позволяющие повысить точность и снизить трудоемкость работ при определении физико-механических свойств семян: сферичности, сыпучести, коэффициентов трения и восстановления при ударе, положения центров тяжести и травмирования (а.с. №№ 1726223,1782385, 1782386, 1S065O8).
Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций подтверждается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, положительными результатами, ведомственных и государственных испытаний созданных машин и разра-
ботанных технологий. Адекватность результатов теоретических и экспериментальных исследований достигает 95 % уровня значимости.
Реализация результатов исследований.
Технология очистки семян основных зерновых культур, реализуемая путем предварительного фракционирования по длине на две фракции с последующей раздельной обработкой каждой фракции на машинах вторичной и окончательной очистки, обеспечивающая выделение биологически наиболее ценного посевного материала, конструктивная схема и основные параметры машины окончательной очистки семян МОС-9 производительностью 9 т/ч на очистке семян пшеницы - реализованы ОАО «ГСКБ Зерноочистка». Машина МОС 9 рекомендована в производство и выпускается серийно. Агрегаты, реализующие технологии очистки при обработке всего биологического урожая на стационаре используются в хозяйствах Владимирской, Курской и Московской областей.
Конструктивная схема и аэродинамические параметры шевмоинерционного ворохо-очистителя с двумя аспирационными каналами использованы СКВ АО «Ростсельмаш» при разработке комплекса машин для обработки всего биологического урожая на стационаре по технологии "Невейка".
Предложения по конструктивным и технологическим параметрам вибропневмореше-та, семяочистительной машины, разделяющей семенной материал в псевдоожиженном слое в поле центробежных сил - приняты к реализации ОАО «ГСКБ Зерноочистка».
Апробация работы. Материалы диссертации заслушаны, обсуждены и одобрены на секции уборки и послеуборочной обработки зерна ВИМа (1985...1992 гг.), на научно-техническомсовете Украинского института механизации и электрификации сельского хозяйства (1992,1994 гг.), на заседаниях научно-технического совета ОАО «ГСКБ Зерноочистка» (1988,1997 гг.) и ГСКБ АО «Ростсельмаш» (1990,1997 гг.).
Основные положения диссертационной работы и результаты исследований доложены и обсуждены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Ленинградского СХИ (Ленинград, 1985 г.) и Львовского СХИ (Львов-Дубляны, 1987 г.), конференции молодых ученых и специалистов ВИМ (Москва, 1986 г.), научно-практической конференции академии инженерных наук Украины (Киев, 1994 г.), научно-технической конференции Украинского института механизации и электрификации сельского хозяйства (Глеваха, 1993 г.), научно-практических конферені. іях Закарпатского института агропромышленного производства (В.Бакта, 1992,1994 гг.).
Публикации. Материалы выполненных исследований опубликованы в 123 печатных работах, в числе которых описания авторских свидетельств СССР и патентов РФ на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, списка литературы, включающего 301 наименований источников, в том числе 54 на иностранных языках, и приложений.
