п.г.т. Усть-Кинельский, Самарская область, Россия
п.г.т. Усть-Кинельский, Самарская область, Россия
УДК 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
ГРНТИ 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
Цель исследований – повышение качества распределения семян в рядке за счет совершенствования конструктивно-технологических параметров дисково-ленточного высевающего аппарата для селекционной сеялки. Основной задачей процесса посева является оптимальное размещение семян в почве с целью обеспечения оптимальных условий для их прорастания и дальнейшего развития растений, что способствует повышению полевой всхожести и урожайности сельскохозяйственных культур в целом. Для получения высоких и устойчивых урожаев высевающие аппараты должны обеспечивать не-прерывный и равномерный поток семян, устойчивость установленной нормы высева, возможность вы-сева семян различных культур, минимальное повреждение высеваемых семян, легкую и удобную установку на заданную норму высева. Исследования проводились на базе Самарского ГАУ. Представлена конструктивно-технологическая схема дисково-ленточного высевающего аппарата. Проведены теоретические исследования питающего окна приемной камеры бункера и лабораторные исследования, что позволило оптимально подобрать конструктивные параметры работы дисково-ленточного высевающего аппарата для получения равномерного непрерывного потока семян. Получено выражение для оптимальной величины открытия питающего окна в зависимости от конструктивных и технологических параметров подающего ролика и свойств семенного материала. Проведены лабораторные исследования по изучению зависимости подачи дисково-ленточного высевающего аппарата от конструктивно-технологических параметров работы. Все эксперименты проводились на одном высевающем аппарате в лабораторных условиях на стендовой установке по общепринятой методике исследований высевающих аппаратов. Методика исследования предусматривала на основе уравнения производи-тельности дисково-ленточного высевающего аппарата определить минимальную необходимую вели-чину открытия питающего окна высевающего аппарата. Были получены оптимальные экспериментальные значения подачи высевающего аппарата Q(мин) = 0,083 кг/мин и Q(макс) = 0,2 кг/мин, при которых обеспечивается необходимая норма высева и равномерный поток семян.
посев, семена, дозирование, сеялка, подача, параметры
В получении хорошего урожая главную роль играет качественный посев с равномерным распределением семян в рядке. Основной задачей процесса посева является оптимальное размещение семян в почве с целью обеспечения оптимальных условий для прорастания семян и дальнейшего развития растений, что способствует повышению полевой всхожести и урожайности сельскохозяйственных культур в целом. Качество посева мелкосеменных культур зависит от качества работы высевающего аппарата сеялки. Для получения высоких и устойчивых урожаев высевающие аппараты должны обеспечивать непрерывный и равномерный поток семян, устойчивость установленной нормы высева, возможность высева семян различных культур, минимальное повреждение высеваемых семян, легкую и удобную установку на заданную норму высева. Используемые селекционные сеялки, как правило, оснащены катушечными высевающими аппаратами, которые не позволяют получить высокую равномерность распределения семян катушкой, при этом посевы получаются неравномерными – со сгущением или разрежением растений в рядке [4, 6], что, в конечном счете, приводит к снижению урожайности. Поэтому исследования, направленные на совершенствование процесса дозирования семян высевающими аппаратами селекционных сеялок, имеют важное научное и практическое значение для АПК.
Цель исследований – повышение качества распределения семян в рядке за счет совершенствования конструктивно-технологических параметров дисково-ленточного высевающего аппарата для селекционной сеялки.
Задачи исследований – провести теоретический анализ технологического процесса дозирования семян экспериментальным высевающим аппаратом и получить теоретические зависимости по определению конструктивных параметров питающего окна приемной камеры бункера.
Для повышения качества распределения семян в рядке был разработан дисково-ленточный высевающий аппарат для селекционной сеялки, который позволяет создавать равномерный исходный семенной поток.
Материал и методы исследований. Для обеспечения технологического процесса разработана конструктивно-технологическая схема дисково-ленточного высевающего аппарата, представленная на рисунке 1, новизна которого подтверждена патентом РФ № 2412578 «Высевающий аппарат» [1]. Дисково-ленточный высевающий аппарат состоит из следующих основных элементов: бункер 5, высевающий диск 2, эластичная прижимная лента 8, подающий 4 и натяжной 7 ролики, ведущий ролик 6 и заслонка 12.
Рис. 1. Конструктивно-технологическая схема дисково-ленточного высевающего аппарата:
1 – пластина; 2 – высевающий диск; 3 – приводной вал; 4 – подающий ролик; 5 – бункер; 6 – ведущий ролик;
7 – натяжной ролик; 8 – эластичная лента; 9 – паз; 10 – кольцевой канал диска; 11 – приёмная камера; 12 – заслонка;
13 – наклонный козырёк
Экспериментальный высевающий аппарат работает следующим образом. Начинает вращаться высевающий диск 2, семена, идущие из бункера 5, увлекаются подающим роликом 4. Кольцевой канал диска 10 и подающий ролик 4 формируют с запасом на уплотнение относительно рыхлый начальный поток семян, ограниченный горизонтально регулируемой заслонкой 12. Затем семенной поток поступает в кольцевой канал 10 и уплотняется за счёт взаимодействия со сходящим с подающего ролика 4, эластичной ленты 8 и высевающего диска 2 [2].
Следовательно, в кольцевом канале 10 высевающего диска 2 образуется равномерно
распределённый по поперечному сечению канала 10 и вдоль него семенной поток, перемещаемый к ведущему ролику 6 на высев (А. О. Спиваковский, 1986).
Проанализировав взаимодействие семян с рабочими органами высевающего аппарата, весь технологический процесс дозирования разделили на следующие этапы (рис. 1):
- формирование подающим роликом 4 рыхлого потока семян, стабилизируемого заслонкой 12 в приемной камере 11 бункера 5;
- равномерное распределение и уплотнение рыхлого потока семян эластичной лентой 8 в кольцевом канале 10 высевающего диска 2;
- транспортировка семян, расположенных в кольцевом канале диска и уплотнённых лентой.
Результаты исследований. Общая производительность Q дисково-ленточного высевающего аппарата определяется конструктивно-кинематическими параметрами взаимодействующих между собой подающего ролика 4 и высевающего диска 2, фрикционными свойствами транспортирующей ленты 8 и физико-механическими свойствами семенного материала. Учитывая, что формирование семенного потока осуществляется в три этапа, для обеспечения неразрывности потока семян должно выполняться условие , из которого следует, что общая производительность высевающего аппарата будет определяться величиной
, имеющей минимальное значение.
Для выполнения условия необходимо провести теоретические исследования зависимости производительности
потока семян, формируемого подающим роликом 4 и стабилизируемого заслонкой 12 в приёмной камере 11 бункера 5.
Известно, что объёмная подача семенного материала определяется зависимостью
, (1)
где – средняя скорость потока семенного материала, м/с;
SП – площадь поперечного сечения потока семенного материала, м2;
(2)
где – ширина питающего окна, равная ширине подающего ролика и транспортирующей ленты, м;
– величина открытия заслонки, м.
Средняя скорость потока семенного материала через питающее окно бункера можно представить выражением (Р. Л. Зенков, 1952):
(3)
где – эмпирический коэффициент истечения сыпучего материала;
– ускорение свободного падения, м/с2;
– высота насыпи семенного материала в бункере, м.
Коэффициент истечения сыпучего материала можно представить зависимостью от коэффициента
внутреннего трения семенного материала:
, (4)
где – коэффициент внутреннего трения семенного материала.
Истечение семенного материала из выпускного отверстия бункера происходит не только под давлением верхних слоев семян, но и под воздействием поверхности транспортирующей ленты, огибающей подающий ролик и движущейся вместе с семенным потоком со скоростью [5] (рис. 2):
, (5)
где – окружная скорость вращения подающего ролика, с-1;
– радиус кривизны рабочей поверхности транспортирующей ленты, огибающей подающий ролик, м.
Рис. 2. Эпюра скоростей подачи семенного материала через питающее окно
Поэтому, учитывая небольшие размеры питающего окна и невысокие скорости истечения семенного материала, можно сделать допущение, что средняя скорость потока семян через питающее окно приёмной камеры бункера высевающего аппарата с достаточной точностью определяется выражением:
(6)
Таким образом, средняя скорость 
потока семян на первом этапе, с учетом зависимостей (3) и (5), определится следующим выражением:
. (7)
При этом конструктивно-технологические параметры питающего окна приемной камеры бункера дисково-ленточного высевающего аппарата должны обеспечить выполнение условия производительности . Поэтому с учётом (1) и (2) можно записать [7, 8]
. (8)
Тогда, минимальная величина открытия питающего окна, с учётом зависимости (6), определится следующим образом:
. (9)
Зависимость (9) позволяет определить минимально необходимую величину открытия питающего окна в зависимости от конструктивных и технологических параметров подающего ролика и свойств семенного материала (
). Причём максимальное значение величины открытия питающего окна
должно быть не менее
для максимальной подачи дисково-ленточного высевающего аппарата.
Для изучения процесса дозирования семян экспериментальным дисково-ленточным
высевающим аппаратом и исследования влияния конструктивных параметров аппарата на подачу проводились лабораторные исследования (Б. А. Доспехов, 1985).
Для того чтобы узнать влияние основных показателей на технологический процесс высева, интервалы и границы изменений выбирались на основе измерений опытным путем.
Все эксперименты проводились на одном высевающем аппарате в лабораторных условиях на стендовой установке (рис. 3) по общепринятой методике исследования высевающих аппаратов. Исходный материал – семена мальвы.
Рис. 3. Экспериментальный высевающий аппарат
Для изучения зависимости подачи дисково-ленточного высевающего аппарата от физико-механических свойств семян мальвы, конструктивных и технологических параметров был реализован многофакторный эксперимент (табл. 1).
Таблица 1
Результаты эксперимента по исследованию подачи
|
№ |
x0 |
x1 |
x2 |
x3 |
x1x2 |
x1x3 |
x2x3 |
x1x2x3 |
Yср |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
26,47 |
|
2 |
1 |
-1 |
1 |
1 |
-1 |
-1 |
1 |
-1 |
4,68 |
|
3 |
1 |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
-1 |
12,38 |
|
4 |
1 |
-1 |
-1 |
1 |
1 |
-1 |
-1 |
1 |
2,61 |
|
5 |
1 |
1 |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
-1 |
-1 |
4,20 |
|
6 |
1 |
-1 |
1 |
-1 |
-1 |
1 |
-1 |
1 |
1,20 |
|
7 |
1 |
1 |
-1 |
-1 |
-1 |
-1 |
1 |
1 |
0,87 |
|
8 |
1 |
-1 |
-1 |
-1 |
1 |
1 |
1 |
-1 |
0,26 |
Полученные данные проверены на однородность и оказались значимыми. Получено уравнение регрессии, описывающее подачу высевающего аппарата.
(10)
где – частота вращения диска в закодированном виде;
– площадь поперечного сечения канавки диска в закодированном виде;
– высота открытия заслонки в закодированном виде.
На рисунке 4 представлен график значимости факторов (все факторы значимы).
Рис. 4. Значимость факторов
После раскодирования факторов уравнение регрессии примет вид
(11)
где n – частота вращения диска, мин-1;
S – площадь поперечного сечения канавки диска, мм2;
– высота открытия заслонки, мм.
При зафиксированной площади сечения канавки диска на трёх уровнях по зависимости (11) можно построить поверхность отклика [2, 3]. При этом уравнение регрессии примет вид (рис. 5):
. (12)
Рис. 5. Зависимость подачи дисково-ленточного высевающего аппарата от частоты вращения диска и высоты открытия заслонки при площади сечения канавки диска S = 42,5 мм2
Учитывая агротехнические требования, сеялка при посеве делянок сортоиспытания
и предварительного размножения должна обеспечивать норму высева 5-12 кг/га. Следовательно, при пересчёте на минутную подачу, экспериментальный высевающий аппарат на сеялке должен обеспечивать Q(мин) = 0,083 кг/мин и Q(макс) = 0,2 кг/мин.
Заключение. Экспериментальный дисково-ленточный высевающий аппарат выполняет необходимые нормы высева согласно агротехническим требованиям для селекционных сеялок. Применение предлагаемого дисково-ленточного высевающего аппарата с обоснованием конструктивных и технологических параметров питающего окна приемной камеры бункера позволит равномерно подавать семенной материал за счет предварительного уплотнения до оптимальной величины и необходимой нормы высева, тем самым повышать качество распределения семян в рядке и качество работы селекционной сеялки.
1. Пат. 2412578 Российская Федерация, МПК A01C7/16. Высевающий аппарат / Петров А. М., Васильев С. А., Зелева Н. В., Петров М. А. - №2009140536/21 ; заявл. 02.11.2009 ; опубл. 27.02.2011, Бюл. №6. - 3 с.
2. Петров, А. М. Повышение качества посева мелкосеменных культур в селекционном производстве / А. М. Петров, Н. В. Зелева // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2010. - №3. - С.19-23.
3. Зелева, Н. В. Повышение качества посева семян мальвы селекционной сеялкой с обоснованием пара-метров дисково-ленточного высевающего аппарата : дис. … канд. техн. наук : 05.20.01 / Зелева Наталья Викторовна. - Пенза, 2012. - 149 с.
4. Ларюшин, Н. П. Высевающий аппарат для зерновой сеялки / Н. П. Ларюшин, А. В. Шуков // Образование, наука, практика: инновационный аспект : материалы Международной научно-практической конференции. - Пенза : Пензенский ГАУ, 2008. - С. 206.
5. Кувайцев, В. Н. Теоретические исследования технологического процесса работы катушечного высева-ющего аппарата с увеличенным объемом желобков / В. Н. Кувайцев, Н. П. Ларюшин, А. В. Шуков, Р. Р. Девликамов // Нива поволжья. - 2014. - №2(31). - С. 58-64.
6. Крючин, Н. П. Селекционная сеялка для трудносыпучих мелкосеменных культур / Н. П. Крючин, С. В. Вдовкин, П. В. Крючин // Сельский механизатор. - 2015. - №3. - С. 17.
7. Парфенов, О. М. Система для дифференцированного посева зерновых / О. М. Парфенов, С. А. Ива-найский // Инновационные достижения науки итехники АПК : сборник научных трудов. - Кинель : РИЦ Са-марской ГСХА, 2017. - С.693-697.
8. Денисов, С. В. Методика определения коэффициента трения кормов и анализ экспериментальных дан-ных / Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2008. - №3. - С.157-161.
