авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Совершенствование конструктивно технологических параметров пропашной сеялки для разноглубинного посева бахчевых культур (на примере арбузов)

На правах рукописи

Мартынов Иван Сергеевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОПАШНОЙ СЕЯЛКИ ДЛЯ РАЗНОГЛУБИННОГО ПОСЕВА БАХЧЕВЫХ КУЛЬТУР (НА ПРИМЕРЕ АРБУЗОВ) Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград – 2007

Работа выполнена в ФГОУ ВПО государственная «Волгоградская сельскохозяйственная академия»

Научный консультант: кандидат технических наук, профессор Шапров Михаил Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Пындак Виктор Иванович кандидат технических наук Чабан Леонид Никифорович

Ведущая организация: Комитет по сельскому хозяйству и продовольствию Администрации Волгоградской области

Защита состоится 22 октября 2007 года в 10 часов 15 минут на заседании диссертационного совета Д 220.008.02 при ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 400002, г.

Волгоград, пр-т Университетский, 26.

Автореферат разослан «_» сентября 2007 года и размещен на сайте http: // www. vgsha. ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «ВГСХА».

Ученый секретарь диссертационного совета д.с.-х.н., профессор А.И. Ряднов

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Повышение урожайности бахчевых культур является основной целью при решении большинства задач, связанных с усо вершенствованием технологических процессов и рабочих органов сельскохо зяйственных машин. Одним из важнейших этапов возделывания бахчевых культур является посев семян. Посев должен обеспечить наиболее благопри ятные условия для прорастания семян и дальнейшего развития растений, что способствует увеличению полевой всхожести и урожайности бахчевых куль тур, особенно в зонах с резко-континентальным климатом. Эти условия соз даются при правильном определении сроков посева, нормы высева, площади питания растений и технологии заделки семян в почву. Заделка семян в почву является заключительной стадией посева, при которой происходит непосред ственное воздействие на почву - среду нахождения семян с целью создать ус ловия для наиболее благоприятного прорастания семян.

Однако в реальных условиях трудно определить оптимальную глубину заделки семян (чем меньше глубина, тем выше температура, но меньше влаж ность и, наоборот, чем больше глубина, тем больше влажность, но ниже тем пература) и обеспечить максимальную полевую всхожесть. Кроме того, позд невесенние заморозки и действие ветров будут оказывать губительное влияние на растения.

В связи с этим актуальной является проблема совершенствования тех нологии заделки семян и конструкции пропашной сеялки, направленная на улучшение условий прорастания семян. Решение данной проблемы будет спо собствовать повышению урожайности бахчевых культур и улучшению эконо мических показателей сельскохозяйственного производства.

Цель работы. Повышение качества посева бахчевых культур (арбуза) за счет разноглубинной заделки семян путем совершенствования конструктивно – технологических параметров пропашной сеялки.

Объект исследований. Технологический процесс разноглубинной за делки семян в почву и конструктивно – технологические параметры пропаш ной сеялки.

Предмет исследований. Закономерности движения семян в сошник и их распределение в борозде. Процесс формирования борозды.

Методика исследований. Теоретические исследования выполняли на основе использования законов и методов классической механики и математи ки. Экспериментальные исследования проводили в соответствии с действую щими стандартами в лабораторных и полевых условиях на основе общеприня тых и частных методик с использованием теории планирования многофакторного эксперимента. Обработку результатов экспериментов вы полняли с использованием стандартных компьютерных программ.

Научная новизна. Получена аналитическая зависимость, описывающая взаимодействие семян и перемещаемого семянаправителя вставки. Получены уравнения регрессии для расчета основных параметров высевающего диска и семянаправителя, влияющих на равномерность распределения семян в проемы сошника. Определено условие, обеспечивающее скользящее перемещение почвы по поверхности модернизированного сошника. Разработана математи ческая модель процесса разноглубинного высева семян.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

- конструктивно – технологическая схема сеялки для разноглубинного посева семян;

- результаты теоретических исследований по обоснованию оптимальных параметров высевающего аппарата и сошника;

- результаты исследований физико – механических свойств семян арбу за;

- результаты полевых исследований модернизированной сеялки при по севе семян арбуза и ее экономическая оценка по сравнению с серийной маши ной.

Практическая значимость работы. Усовершенствована конструкция пропашной сеялки, обеспечивающая разноглубинную заделку семян бахчевых культур. Новизна конструкции подтверждена патентом РФ на изобретение № 2275783. Определены основные конструктивно – технологические параметры высевающего аппарата и сошника. Полученные аналитические зависимости могут быть использованы при модернизации сеялки для высева других видов пропашных культур.



Внедрение. Разработанная сеялка для разноглубинного посева бахчевых культур внедрена в посевном комплексе машин в КФХ Ширяева А.М. (2006г.) и в Быковской бахчевой селекционной опытной станции (2007г.).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы до ложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях профессорско преподавательского состава (2005, 2006гг.) и молодых ученых (2004, 2005гг.) ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная сельскохозяйственная акаде мия», на научной конференции молодых ученых СтГАУ (2007г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ общим объемом 2,75 печатных листов, из них лично автору принадлежат 1,53 печат ных листов, в том числе 2 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК. Получен патент на изобретение № 2275783.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 168 страницах машинописного текста, включает введение, 5 глав, выводы, библиографиче ский список и приложения. Список литературы состоит из 110 наименований;

работа содержит 88 рисунка, 7 таблиц и 12 приложений.

Содержание работы Во введении обоснована актуальность темы, научная новизна и изложе ны основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Обзор и анализ существующих технологий заделки семян в почву и конструкций заделывающих рабочих органов» приведено описание основных агротехнических требований, предъявляемые к посеву бахчевых культур (арбузов), представлен обзор существующих технологий за делки семян в почву и сошников и анализ их с точки зрения обеспечения наи более благоприятных условий для прорастания семян. Установлено, что для увеличения полевой всхожести семян в условиях резко-континентального климата, необходимо осуществлять посев пунктирно – гнездовым способом, причем заделка семян в гнезде должна производиться на разную глубину на уплотненное дно борозды с последующим укрытием их сверху рыхлой почвой.

Проведенный анализ существующих технологий заделки семян в почву и сошников показал, что они обеспечивают недостаточно благоприятные ус ловия для прорастания семян. Так дисковые сошники не пригодны для посева бахчевых культур, потому что при их работе происходит перемешивание су хих и влажных слоев, что неблагоприятно скажется на качестве всходов, ан керный сошник для ярусного внесения туков при работе на сухих почвах не будет обеспечивать их фиксирование в верхнем и нижнем ярусах. Отсюда вы текает необходимость совершенствования сошников с целью обеспечения ими благоприятных условий для прорастания семян.

Проблеме качества посева посвящены труды ученых: Г.Е. Листопада, М.Н. Шапрова, А.Н. Цепляева, В.Г. Абезина, Н.Е. Руденко, В.И. Пындака, В.П.

Бороменского, В.Д. Богачева, Я.М. Абед-Кухи, М.П. Одегналова, И.К. Смир нова, Л.В. Куликова, В.А. Сергиенко и других.

Исходя из результатов анализа, и в соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи исследований:

1. Провести анализ технологий посева и выявить основные факторы, влияющие на технологический процесс разноглубинного посева бахчевых культур.

2. Разработать принципиальную конструктивно - технологическую схе му сеялки для разноглубинного посева.

3. Исследовать физико–механические свойства почвы и семян бахчевых культур (на примере арбуза) применительно к процессу разноглубинного по сева.

4. Теоретически исследовать технологический процесс разноглубинного посева семян и обосновать основные конструктивно - технологические пара метры высевающего аппарата и сошника.

5. Экспериментально исследовать взаимосвязь конструктивно - кинема тических параметров и качественных показателей высева, построить матема тическую модель процесса посева и определить их оптимальные значения факторов.

6. По результатам проведенных исследований изготовить опытный об разец сеялки и провести его полевые испытания.

7. Определить технико-экономическую эффективность применения мо дернизированной сеялки при разноглубинном посеве бахчевых культур.

Во второй главе «Теоретическое обоснование технологии разноглу бинной заделки семян и предлагаемой конструкции модернизированной се ялки на основе проведенного анализа существующих технологий заделки се мян в почву нами предлагается технология разноглубинного посева.





В качестве средства реализации предлагаемого подхода мы на базе сеял ки СУПН–8 разработали сеялку для разноглубинного посева (рис. 1), состоя щую из корпуса 1 с семенным ящиком 2, модернизированного высевающего аппарата 3, вставки 4 с семянаправителем, дополнительного диска 5, модерни зированного сошника 6, загортачей 7, прикатывающего колеса 8, шлейфа 9, и соединена с рамой 10 посредством четырехзвенной шарнирно-рычажной сис темы 11.

Сошник (рис. 2) состоит из щек 1, 2, 3, 4, между которыми размещены наральники 5, 6, 7, причем левый и правый наральники 5, 6 расположены на разной высоте по сравнению с нижним срезом центрального наральника 7.

Высевающий аппарат также претерпел некоторые изменения. На одном валу с высевающим диском, который имеет три отверстия, установлен допол нительный диск 1 с копирующей дорожкой 2 (рис. 3).

Вставка, размещенная между высевающим аппаратом и сошником, со стоит из корпуса 3, направляющих 4, по которым перемещается подпружинен ный семянаправитель 5 с толкателем 6 (рис. 3).

Посевная секция работает следующим образом. При движении сеялки от опорно – приводного колеса через приводной механизм вращение передает ся на вал высевающего диска. Семена из семенного ящика 2 поступают в за борную камеру высевающего аппарата 3 (рис. 1). Здесь под воздействием ва куума семена присасываются к имеющимся трем отверстиям диска и переносятся к месту сброса. Поочередная подача семян в каждую из трех бо роздок осуществляется за счет взаимодействия копирующей дорожки 2 с тол кателем семянаправителя 6, которое начинается в тот момент, когда семя по падает из зоны разряжения в зону атмосферного давления, т.е. оно начинает падать в первый проем сошника (рис. 3а).

Рисунок 1. Схема сеялки для разноглубинного посева Рисунок 2. Схема сошника Затем, по мере вращения высевающего вала, копирующая дорожка, воз действуя на толкатель семянаправителя, перемещает его в следующее положе ние. Происходит высев во второй проем (рис. 3б). Аналогично происходит вы сев третьего семени (рис. 3в).

а) б) в) Рисунок 3. Схема процесса высева семян При сходе толкателя с копирующей дорожки семянаправитель возвра щается в исходное положение с помощью пружин.

В процессе работы сеялки семена располагаются на некотором рас стоянии друг от друга l c. Причем высев производится пунктирно гнездовым способом с длиной гнезда l гн и величиной междугнездия l мг (рис. 4).

Рисунок 4. Схема расположения семян вдоль рядка Суммарная длина l общ гнезда и междугнездия пропорциональна пара метрам высевающего диска (рис. 4 и 5). Исходя из этого, можно записать n l гн = гн, (1) l общ где гн = 1 + 2 - угол расположения ячеек на высевающем диске;

n - число групп ячеек, находящихся на высевающем диске.

Поэтому угол гн будет равен 2l гн гн =. (2) l общ n Также гн = t гн, (3) где - угловая скорость высевающего диска, с ;

t гн - время высева гнезда, с.

Учитывая уравнения (2) и (3), определим угловую скорость высеваю щего диска 2l c 2l гн =, или = (4) l общ nt гн nl общ t в где t в - промежуток времени между высевом первого и второго семян, с.

Также угловая скорость высевающего диска (рис. 5) будет равна iv м =, (5) Rк где Rк - радиус приводного колеса, м;

v м - скорость движения машины, м/с;

nв i= - передаточное отношение, здесь nк - частота вращения колеса сеялки, nк с 1 ;

nв - частота вращения высевающего аппарата, с 1.

Учитывая уравнения (4) и (5), определим промежуток времени между высевом первого и второго семян 2lс Rк tв =. (6) ivм nlобщ Время между высевом первого и второго семян также будет равно t в = t 2 c + t, (7) где t - время перемещения семянаправителя;

t 2 c - время падения семени во второй проем сошника, с, которое будет равно 2(h3 + h4 ) t 2c =, (8) g здесь h3 = hc + h - расстояние между ячейкой высевающего диска и сошником (рис. 6), м;

h4 - высота сошника, м.

Рисунок 5. Схема распределения Рисунок 6. Схема посевной секции ячеек на высевающем диске Учитывая уравнения (6) и (8), определим время перемещения семяна правителя 2(h3 + h4 ) 2l с R t =. (9) iv м nl общ g Учитывая уравнение (2), определим угол между первой и второй ячейка ми на высевающем диске 2l c 1 =, (10) nl oбщ а угол между второй и третьей ячейками будет равен 2 = гн 1. (11) Учитывая (2) и (10), уравнение (11) примет вид 2l гн 2l c 2 =. (12) l общ n Для определения параметров вставки модернизированной сеялки рас смотрим движение семени при падении его из ячейки высевающего диска (рис. 7), дифференциальные уравнения которого при R = kv1 2, где R – сила сопротивления воздуха;

K – коэффициент сопротивления;

имеет вид mС && = R x ;

mС && = mС g R y (13) x y После преобразования и решения данных уравнений, найдем координа ты движения семени от высевающего аппарата до семянаправителя gv 0 2 g x = v0 t t, y = t2, (14) 2v кр где v0 - начальная скорость движе ния семени, м/с;

v кр - скорость витания (парусность) семян, м/с.

Из выражения (14) находим t в функции у t= (15) y g Тогда v x = v0 y 2 y (16) g v кр Рисунок 7. Схема движения семян при выбрасывании их высевающим аппаратом Для разноглубинной заделки семян бахчевых культур используется мо дернизированный сошник сеялки СУПН-8, ширина которого 3b. Таким обра зом, ширину нижнего окна семянаправителя принимаем равной b, чтобы обес печить попадание семени в нужный проем сошника, а верхнего – 3b, чтобы перекрыть соседний проем сошника.

В начальный момент семянаправитель находится в крайнем левом поло жении. Оторвавшись от высевающего диска семя движется по линии ОО 1 (рис.

8а) и ударяется о стенку семянаправителя в точке А (рис. 9).

Считаем поверхность семянаправителя и семя абсолютно упругими. То гда угол отскока равен углу падения с, и семя после удара будет перемещаться по линии АС.

а б в Рисунок 8. Схема процесса высева семян:

1 – сошник;

2 – семянаправитель;

3 – высевающий диск.

Нам необходимо, чтобы точка С находилась не выше нижней кромки семянаправителя, что обеспечивает попадание семени в сошник после удара. Требуемая траектория дви жения может быть достигнута правильно выбранным углом с установки стенки семянаправителя.

Исходя из выше сказанного, опре делим значения углов с и с из прямоугольного треугольника АВD b с = с, с = arctg (17) 2 2k c Из прямоугольных треугольников Рисунок 9. Схема движения семени до и ABD и ACD найдем k c.

после удара о поверхность семянаправителя b 3b Из треугольника ABD tg c =, а из ACD tg 2 c =. Известно, что 2k c 2k c 2tg c тангенс двойного угла будет равен tg 2 c =. Учитывая эти уравнения и 1 tg 2 c проведя необходимые преобразования, получим b kc = 3. (18) Учитывая, что hc = 2k c, высота семянаправителя равна hc = b 3. (19) Тогда 1 c = arctg, c = arctg. (20) 3 Для обоснования синхронности работы высевающего диска и семянапра вителя необходимо найти время, через которое семена должны укладываться в борозду с расстоянием l c (рис. 4) lc tв =, (21) vM где v М - скорость движения машины, м/с.

Время высева включает две составляющие: время перемещения семян от высевающего аппарата до сошника t 3 и в сошнике до дна бороздки t 4 (рис. 6).

t в = t 3 + t 4 + t. (22) Причем t 3 = t1 + t 2, (23) где t1 - время движения семени до удара о стенку семянаправителя, с;

t 2 - время движения семени после удара (рис. 8а, в), которые соответственно равны h 2h, t2 = 2, t1 = (24) vотск g где h 1 = 0,5hс + h (рис. 6) - расстояние между ячейкой высевающего диска и точкой удара о семянаправитель, м;

h 2 -длина отскока семени, м;

vотск - скорость движения семени после удара о семянаправитель, м/с;

g – ускорение свободно го падения.

Причем h принимаем конструктивно.

Так как h2 = АС, то из прямоугольного треугольника АСD (рис. 9) запи шем hс h2 =. (25) 2Cos Тогда 2(h + 0,5b 3 ) 0,5b 3 0,5b t2 =, t3 = +. (26) vотск Cos 2 c vотск Cos 2 c g Для определения скорости движения семени после отскока, рассмотрим его движение относительно семянаправителя. С достаточной точностью будем считать, что поверхности семени и семянаправителя идеально гладкие, т.е.

силы трения отсутствуют. Пусть семя перед ударом о распределитель имело угловую скорость 1, а центр масс С - скорость 1.

Движение центра масс С семени описывается уравнением:

m С v1 - m С v отск = nS, (27) где тс - масса семени, кг;

v1, vотск - скорость центра масс (точки С) до и по сле удара о семянаправитель, м/с;

S – импульс ударной силы, Н·с;

п - еди ничный вектор, направленный по нормали.

После соответствующих преобра зований получим S =v + n. (28) v отск mС На рисунке 8(б) показано положение се мянаправителя, при котором семя минует удар о его стенку, поэтому 2h t3 = ', (29) g где h3 = hс + h (рис. 6) - расстояние между Рисунок 10. Схема взаимодействия ячейкой высевающего диска и сошни семени с поверхностью ком, м.

семянаправителя Время движения семени в сошнике определим по формуле 2h t4 =, (30) g где h4 - высота сошника (рис. 6), м.

После того как первое семя достигнет нижнего окна (рис. 8), а высеваю щий диск провернется на угол 3, равный 3 = t 3 (рис. 11), семянаправитель начнет передвижение из крайнего левого положения в крайнее правое за счет взаимодействия толкателя и копирующей дорожки При дальнейшем проворачивании диска на угол 4, равный 4 = t, про исходит смещение семянаправителя из положения (а) в (б) (рис. 8).

Расстояние между первой и второй ячейками высевающего диска (рис.5) определим по формуле 2l c R l' от =. (31) nl oбщ Время падения третьего семени 0,5b t5 =, (32) vc где vc - скорость семянаправителя, равная а б Рисунок 11. Схема расположения 1,5b vc = семянаправителя при отрыве семян из 2h1 2h ячеек высевающего диска b + + 2vотск Cos 2 c g g При этом при проворачива нии диска на угол 5, равный 5 = t 5 происходит смещение семянаправителя из положе ния (б) в (в) (рис. 8).

Когда семянаправитель займет Положение б (рис. 11) про изойдет отрыв третьего семени от высевающего диска. При чем расстояние между ячей ками будет равно 2l гн 2l c l от = R ". (33) l общ n Так как при работе дополни тельный диск отстает от вы севающего на угол 3 (рис.12), а линейная и угловая скорости дисков равны, то 0,5b l р1 = R2 t ;

l р2 = R2, (34) vc где R2 - радиус расположения Рисунок 12. Схема расположения копирующей дорожки.

копирующей дорожки на дополнительном диске: 1 – высевающий диск;

2 – дополни тельный диск Зная длину рабочей части дополнительного диска, определим углы на клона копирующей дорожки 1, 2.

Ход семянаправителя должен быть равен 2b, т.е. семянаправитель в этом случае будет иметь возможность направлять семена в любой проем сошника. Поэтому высота копирующей дорожки (рис. 13) равна hд = 2b (35) Рисунок 13 - Схема проекции копирующей дорожки Из выражений b b tg1 =, tg1 = ' (36) ' l р1 l р углы наклона копирующей дорожки b 1 = arctg, ' l р b 2 = arctg, (37) ' l р где l р, l 'р - проекции длин рабочей части копирующей дорожки дополнитель ' 1 ного диска.

Для определения параметров сошника рассмотрим его взаимодействие с почвой.

Сошник в виде клина погружен в почву и движется в ней на постоянной глубине и с постоянной скоростью v. Клин в каждой точке соприкосновения с почвой давит на ее частицы по нормали (рис. 14).

Для обеспечения скользящего перемещения почвы по поверхности щеки сошника максимальное значение угла установки направителя, должно быть меньше 90 –, где - угол трения почвы о сталь, который зависит от состояния и типа почв. При условии 90 - произойдет сгруживание почвы перед сошником.

Рассмотрим частицу почвы т на дневной поверхности, которая соприка сается с точкой А поверхности клина и на которую действуют сила трения F и сила N = — Рх, где Рх — боковое давление сыпучего материала, равное с уче mg том угла укладки частиц Px=.

2tg Учитывая, что Px = Px tg и Pxv = Px cos, дифференциальное уравнение движения частицы т имеет вид d 2x d2y mg mg tg tg ;

m 2 = = (38) m dt 2 2tg 2tg dt После преобразования выражения (38) и интегриро вания получим gt tg tg vx =.

tg Отсюда перемещение частицы gt 2 tg tg x= tg После того как частица Рисунок 14. Перемещение почвы под действием m достигнет при перемеще сошника нии точки В клина, она бу дет двигаться вдоль щек сошника. На нее действуют увлекающая в сторону скорости v сила F1, равная F1 = Рх tg, и сила трения F2 соседних частиц поч вы, действующая в противоположную сторону, равная F2 = Рх tg 1, (здесь 1 — угол трения между почвенными частицами), или mg tg mg tg F1 = ;

F2 =.

2 tg 2 tg Уравнение движения частицы по щекам сошника имеет вид (здесь ось х направлена вдоль щек) d 2 x mg tg mg tg = (39) m 2 tg 2 tg dt После преобразований выражения (39) получим (tg tg1 )dt, g dV x = 2tg откуда найдем (tg tg1 ) + C1.

gt Vx = 2tg При t = 0 перемещение вдоль щек сошника x = 0. Учитывая, что частица почвы при поступлении на щеку имела скорость вдоль щек gt tg tg gt tg tg cos(90 ) = sin, V0 = tg tg 2 найдем (tg tg1 ) + gt (tg tg )sin = gt [(tg tg1 ) + (tg tg )sin ]. (40) gt Vx = 2tg 2tg 2tg Отсюда получим gt [(tg tg1 ) + (tg tg )sin ].

x= (41) 4tg а) б) Рисунок 15 - Осыпание почвы:

a — в борозду;

б — по наклонным образующим линии укладки частиц Исключая t из уравнений (40) и (41), найдем xg [(tg tg1 ) + (tg tg )sin ] Vx =. (42) tg Как только частица пройдет обрез щек сошника, она начнет падать вниз (рис. 15).

На нее будут действовать вес mg и сила сопротивления среды. Принимая во внимание, что начальная вертикальная скорость падения равна нулю и вы сота падения незначительна, не будем учитывать сопротивление среды. Тогда получим уравнение движения частиц в виде d2y d 2x = 0 ;

m 2 = mg m dt 2 dt Решая данные уравнения, получим dx dy = Vx = Vx0 ;

= V y = gt ;

dt dt откуда найдем gt x = V x0 t ;

y =, откуда gx y=. (43) 2V x Подставив значение V x 0 = V x из выражения (42) в уравнение (43) получим xtg y=. (44) (tg tg1 ) + (tg tg )sin Теперь можно найти скорость gxtg gx Vy = =. (45) (tg tg1 ) + (tg tg )sin Vx Результирующая скорость падения частицы v = v x0 + v 2, y Частицы почвы, удаленные от граничного слоя, сползают по наклонным, составляющим угол укладки или естественного откоса.

На частицу действуют вес, составляющая которого mg sin (рисунок 15,б) заставляет частицу перемещаться по наклонной поверхности. Этому движе нию противодействует сила трения F = mg cos tg1. Уравнение движения час тицы:

d 2x d2y m 2 = mg sin mg cos tg1.

m 2 = 0;

dt dt После преобразований получим gt cos (tg tg1 ) = y = 2 gx 2 cos (tg tg1 ).

12 x = v x0 t, y = 2 2v x Теперь можно найти вертикальную составляющую скорости gx cos (tg tg1 ).

vy = (46) vx В третьей главе «Программа и методика экспериментальных иссле дований» приводится общая программа экспериментальных исследований, описание лабораторных установок, методика экспериментов и полевых испы таний.

Лабораторные исследования включали определение некоторых физико механических средств (размеры семян, коэффициенты трения покоя и движе ния семян и почвы, коэффициенты восстановления семян, влажность почвы, твердость почвы);

определение зависимости величины гнезд и междугнездий от скорости движения сеялки;

определение глубины и качества заделки семян;

определение профиля борозды;

определение оптимальных конструктивных параметров посевной секции методом многофакторного эксперимента.

Полевые испытания включали определение глубины заделки семян, ве личины гнезд и междугнездий;

определение полевой всхожести семян, заде ланных модернизированным сошником сеялки СУПН-8;

Данные, полученные в лабораторных и полевых условиях, обработаны методом математической статистики с применением ЭВМ.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» изложены результаты лабораторных и полевых исследований, проведенных в соответствии с разработанной методикой.

Статистическая обработка опытных данных позволила выявить, что раз меры семян изменяются по нормальному закону распределения и описываются непрерывной кривой Гаусса.

Измерения длины (ас), ширины (bc), толщины (сс) показали, что у семян арбузов сортов Холодок и Землянин изменяются в пределах ас= 10,8…16,8 и ас= 11,6…15,6 мм;

bc = 7,5…9 и bc = 8…9,4 мм;

сс = 1,6… 2,7 и сс = 2…3,1 мм при этом средние значения составили ас= 13,5 и ас= 13,3 мм;

bc = 8,1 и bc = 8,7мм;

сс = 2,1 и сс = 2,5 мм соответственно.

Средние коэффициенты трения покоя семян для сортов арбузов Холодок и Землянин по неокрашенной стали составили 0,46 и 0,48;

по окрашенной ста ли 0,44 и 0,46;

по окрашенному чугуну 0,53 и 0,55;

по органическому стеклу 0,39 и 0,40;

по почве 0,88 и 0,90 соответственно. Средние коэффициенты тре ния покоя почвы по стали составили 0,86 при влажности 20,4%;

0,81 – 18,9% и 0,77 – 17,07% и по почве 1,34 при влажности 20,4%;

1,11 – 18,9% и 0,93 – 17,07%.

Средние коэффициенты трения движения семян для сортов арбузов Хо лодок и Землянин по неокрашенной стали составили 0,36 и 0,38;

по окрашен ной стали 0,34 и 0,36;

по окрашенному чугуну 0,39 и 0,41;

по органическому стеклу 0,31 и 0,32;

по почве 0,72 и 0,73 соответственно. Средние коэффициен ты трения движения почвы по стали составили 0,79 при влажности 20,4%;

0, – 18,9% и 0,67 – 17,07% и по почве 1,19 при влажности 20,4%, 1 – 18,9%;

0, – 17,07%.

Анализируя полученные данные по наличию влаги в почве, выяснили, что в течение трех дней влажность почвы в горизонте 0 – 10 см по средним показателям уменьшилась с 20,4% до 17,07%.

При исследовании твердости почвы было видно, что с уменьшением влажности она увеличивается, и составляет 2,72 кг / см 2 при влажности почвы 20,4%;

3,04 кг / см 2 при - 18,9%;

3,87 кг / см 2 при – 17,07%.

В комплексе физико механических свойств семян 0, упругость является одним из восстановления 0,5 а) Коэффициент основных исходных показате 0, б) лей, необходимых для расчета 0, и проектирования семярас 0,2 в) пределительных устройств 0, сеялок. По результатам опре деления коэффициента вос 0 1 2 3 становления при прямом ударе Скорость удара семян, м/с семян арбузов о поверхности Рисунок 16. Зависимость коэффициент стали, чугуна и почвы видно, восстановления от скорости при прямом что коэффициент восстановле ударе семян арбуза о поверхности различ ния зависит не только от ных материалов: а) сталь;

б) чугун;

в) состояния поверхностей тел, но почва и от скорости удара (рис. 16).

Эту же закономерность наблюдаем и при косом ударе. С уменьшением угла наклона поверхности, на которую падали семена, коэффициент вос становления уменьшался (рис. 17).

Для проверки гипотезы о зависимости между коэффициентом восста новления семян и скоростью удара (прямой удар), и углом наклона поверхно сти (косой удар) по опытным данным были построены зависимости, которые описываются уравнениями при прямом ударе о поверхности почвы y = 0,0413 x 2 0,2131x + 0,4476, стали y = 0,0086 x 2 0,0648 x + 0,5781 и чугуна y = 0,0068 x 2 0,0727 x + 0,5666, а при косом – о поверхности стали y = 7 Е 05 x 2 0,0062 x + 0,3122 y = 8 Е 05 x 2 0,0063 x + 0,2608 (2м/с), (1,2м/с), y = 0,0001x 2 0,0094 x + 0,2636 (2,65м/с), y = 0,0001x 2 0,0095 x + 0,2271 (3м/с) и чугу на y = 9 Е 05 x 2 0,0082 x + 0,317 (1,2м/с), y = 8Е 05 x 2 0,0064 x + 0,2327 (2м/с), y = 7 Е 05 x 2 0,0059 x + 0,1777 (2,65м/с), y = 8 Е 05 x 2 0,0065 x + 0,1526 (3м/с).

0,3 0, восстановления восстановления 0, 0, Коэффициент Коэффициент 0, 0,2 а) а) 0, 0,15 б) б) 0, 0, в) в) 0, 0,05 г) г) 0 20 40 60 0 20 40 60 Угол наклона поверхности, град Угол наклона поверхности, град I II Рисунок 17. Зависимость коэффициента восстановления от угла наклона при косом уда ре семян арбуза о поверхность стали (I) и чугуна (II) при скорости удара 1,2м/с (а);

2м/с (б);

2,65м/с (в);

3м/с (г) Для того чтобы можно было достаточно точно судить об эксперимен тальных данных, была проведена полиноминальная аппроксимация. При этом по квадрату коэффициента достоверности аппроксимации R 2 проверили её достоверность, который при прямом ударе равен 0,9759 (сталь), 0,9802 (почва) и 0,9973 (чугун), а при косом – о сталь 0,9668 (1,2м/с), 09861 (2м/с), 0, (2,65м/с), 0,9653 (3м/с) и соответственно о чугун 0,9775, 0,9891, 0,9773, 0,9988.

Можно сказать, что экспериментальные кривые достаточно точно описывают ся аппроксимированными кривыми.

В результате экспериментов по определению глубины заделки семян модернизированным сошником были получены следующие результаты, кото рые в среднем составили: а) глубина заделки семян левым отсеком сошника равна 40 мм;

б) центральным – 79,8 мм;

в) правым – 60,1 мм. При этом откло нение от установленной глубины составляет не более 15%, что соответствует агротребованиям.

В ходе исследований изучалось распределение семян в гнезде и между гнездии при высеве их на липкую ленту и почвенное ложе, причем на разных скоростях движения сеялки. При этом были построены зависимости расстоя ния между семенами в гнезде и размер междугнездия (рис. 18) от скорости движения сеялки.

Эти зависимости описываются уравнениями y = 0,0062 x 2 + 0,0451x + 0, y = 0,0237 x 2 + 0,1042 x + 0, ложе), лента) и (почвенное (липкая y = 0,1127 x 0,2689 x + 1,3498 (почвенное ложе), y = 0,0839 x 0,1909 x + 1,2946 (лип 2 кая лента) соответственно, а коэффициент достоверности аппроксимации R во всех случаях равен 1.

0, Размер междугнездия,м 1, семенами в гнезде, м 0, Расстояние между а) 1, 0, б) 1, 0, 1, 0, 0,08 1, 0,06 а) 1, 0, 1, 0,02 б) 1, 0 0,5 1 1,5 0 0,5 1 1,5 Скорость движения сеялки, м/с Скорость движения сеялки, м/с I II Рисунок 18. Зависимость распределения высева семян в гнезде (I) и междугнездии (II) на почвенное ложе (а) и липкую ленту (б) от скорости движения сеялки В результате исследований по определению параметров остающейся по сле прохода сошника профиля борозды, оказалось, что его параметры зависят от скорости движения сеялки. Анализируя полученные данные, выяснили, что с увеличением скорости ширина холмиков, ширина и глубина остаточной бо роздки, а, следовательно, и расстояние между вершинами холмиков возраста ет, однако высота холмиков уменьшается.

Для определения оптимальных значений конструктивных параметров сеялки для разноглубинного посева семян был реализован план Рехтшафнера для 3-х факторного эксперимента.

Нами было установлено, что на процесс распределения семян в проемы сошника, где критерием оптимизации является равномерность распределения семян ( Yо ), наибольшее влияние оказывают углы между первой и второй ячей ками ( x1 ),между второй и третьей ячейками ( x2 ) на высевающем диске и высо та семянаправителя ( x3 ).

В результате расчётов были получены уравнения регрессии в кодиро ванном виде:

y о = 90,9 + 10,5 x1 + 6,5 x 2 5,5 x3 + 3,3 x1 x 2 0,7 x1 x3 + 2,3 x 2 x3 9,4 x12 6,4 x 2 9,4 x3 (47) 2 Проверка гипотезы об адекватности математической модели проводи лась по критерию Фишера. Модель признана адекватной:

Fэкс = 0,018 p F0таб = 2,, Для анализа полученных результатов и изучения поверхности отклика провели каноническое преобразование математических моделей второго по рядка.

В результате этого преобразования, уравнения регрессии представлен ные в канонической форме имеют вид:

Yо 97,2 = 10,7 X 12 5,5 X 2 9,1X 32, (48) Результаты решения графическим методом наложения двумерных сече ний представлены на рисунках 19, 20, 21.

Рисунок 19. Двумерное сечение для Рисунок 20. Двумерное сечение для изучения влияния факторов x1 и x2 на изучения влияния факторов x1 и x3 на равномерность распределения семян в равномерность распределения семян в проемы сошника при x 2 = 0, проемы сошника при x3 = 0, Координаты центров поверх ностей для оптимальных парамет ров равномерности распределения семян в проемы сошника находят ся в точках x1 = 0,68, x 2 = 0,64, x3 = 0,24. Раскодировав значения параметров в оптимальной точке, x1 = 1 = 48,4 o, приняли, что x 2 = 2 = 43,2 o, а x3 = hc = 42,6мм.

При этом оптимальное значение равномерности распределения се мян в проемы сошника в центре поверхности Yо = 97,2%. Таким об разом, с помощью двумерных се чений нами были определены оп Рисунок 21. Двумерное сечение для тимальные значения факторов, изучения влияния факторов x2 и x3 на наиболее влияющих на процесс равномерность распределения семян в распределения семян в проемы проемы сошника при x1 = 0, сошника, обеспечивающие допустимую по техническим усло виям равномерность не ниже 95%.

В пятой главе «Механизированная технология разноглубинного посева бахчевых культур и выявление ее экономической эффективности» определен прирост чистого дохода на 1 га посевов от использования модерни зированной сеялки по сравнению с СУПН-8. Результаты расчетов отражены в выводах.

В пятой главе «Механизированная технология разноглубинного посева бахчевых культур и выявление ее экономической эффективности» определен прирост чистого дохода на 1 га посевов от использования модерни зированной сеялки по сравнению с СУПН-8. Результаты расчетов отражены в выводах.

Общие выводы 1. На основе анализа технологий заделки семян в почву и сошников ус тановлено, что для увеличения полевой всхожести семян в условиях резко континентального климата, необходимо осуществлять посев пунктирно – гнездовым способом, причем заделка семян в гнезде должна производиться в три уровня на уплотненное дно борозды с последующим укрытием их сверху рыхлой почвой.

2. Проведенными теоретическими исследованиями установлено, что:

- равномерное распределение семян в гнезде и величина междугнездия зависят от угла расположения ячеек на высевающем диске и его угловой скоро сти.

- направление движения семян во вставке зависит от траектории их па дения и параметров семянаправителя, а именно высоты hc и угла наклона его стенки с.

3. Установлено, что основными факторами, влияющими на равномерное распределение семян в проемы сошника, являются углы между первой и вто рой ячейками, между второй и третьей ячейками на высевающем диске и вы сота семянаправителя. На основании результатов многофакторного планиро вания эксперимента выявлено, что наилучшая равномерность распределения семян в проемы сошника, получается при углах между первой и второй ячей ками 1 = 48,4 o, между второй и третьей ячейками 2 = 43,2 o на высевающем диске и высоте семянаправителя hc = 42,6мм.

4. Проведенные полевые исследования показали, что при посеве модер низированной сеялкой полевая всхожесть семян повысилась на 2,9…4,8% по сравнению с сеялкой СУПН-8. Урожайность на посевах арбузов сорта Холодок модернизированной секцией составила 18,4т/га, а СУПН-8 – 14,2 т/га, на посе вах сорта Землянин соответственно – 16,3т/га и 12,4 т/га.

5. Полученные экспериментальные результаты подтверждают теоретиче ские исследования. Технико-экономические расчеты показали, что прирост чис того дохода на 1 га составил 4505 руб на посевах сорта Землянин и 6280 руб на посевах сорта Холодок.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах Мартынов, И.С. Методика исследования работы сошника для раз 1.

ноглубинного посева бахчевых культур / И.С. Мартынов // Материалы X ре гиональной конференции молодых исследователей Волгоградской области / ФГОУ ВПО «ВГСХА». – Волгоград, 2006. – С. 27-28.

Мартынов, И.С. Пути повышения всхожестисемян бахчевых куль 2.

тур за счет разноглубинного посева / И.С. Мартынов // Вестник ВГСХА: наука и высшее профессиональное образование / ВГСХА. – Волгоград, 2006. - №1. – С. 118-120.

Мартынов, И.С. Секция сеялки для разноглубинного посева семян, 3.

преимущественно бахчевых культур / И.С. Мартынов, М.Н. Шапров, А.В. Це пляев, В.Г. Абезин // Инф. Листок Волгоградского ЦНТИ. – 2005. - № 51-071 05. – 4 с.

4. Мартынов, И.С. Сеялка для разноглубинного посева бахчевых куль тур / И.С. Мартынов // Материалы IX региональной конференции молодых ис следователей Волгоградской области / ВГСХА. – Волгоград, 2006. – С. 56-57.

Пат. 2275783 Российская Федерация, МПК7 А 01 С 7/00, А 01 С 5.

7/20, А 01 В 49/06. Секция сеялки для разноглубинного посева семян, преиму щественно бахчевых культур/ Шапров М.Н. (РФ), Мартынов И.С. (РФ), Цеп ляев А.Н. (РФ), Абезин В.Г. (РФ);

заявитель Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия/ РФ;

пат. поверенный Симонов Б.П. № 2004133281/12;

заявл. 15.11.2004;

опубл. 10.05.2006, Бюл. № 13.

6. Шапров, М.Н. Обоснование параметров сеялки для разноглубинного посева семян пропашных культур / М.Н. Шапров, И.С. Мартынов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профес сиональное образование. Раздел Технические науки / ВГСХА. – Волгоград, 2006. - №4. – С. 82 – 92.

7. Шапров, М.Н. Разноглубинный посев – устойчивые всходы и гаран тированный урожай / М.Н. Шапров, И.С. Мартынов, А.В. Беляков // Вестник АПК Волгоградской области. - 2006. - №4. – С. 82 – 92.

8. Шапров, М.Н. Сеялка для разноглубинного посева / М.Н. Шапров, И.С. Мартынов, А.В. Беляков // Сельский механизатор. – 2006. - № 3. – С. 6.

Цепляев, А.Н. Сошник с фиксацией семян / А.Н. Цепляев, А.В. Бе 9.

ляков, И.С. Мартынов // Сельский механизатор. – 2005. - № 6. – С. 13.

10. Цепляев, А.Н. Обзор теоретических и экспериментальных исследо ваний, проведенных по изучению работы сошников / А.Н. Цепляев, А.В. Беля ков, И.С. Мартынов // Материалы международной научно-практической кон ференции, посвященной 60-летию Победы в Великой Отечественной Войне / Волгоград, 2005. – С. 101-103.

Подписано в печать 5.09.2007г. Формат 6080 1 / Бумага кн.-журн. Гарнитура Таймс.

Усл. п. л. 1,0.Тираж 100 экз. Заказ № Издательско-полиграфический комплекс ВГСХА «Нива» 400002, Волгоград, пр-т Университетский,

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.