Повышение равномерности глубины заделки семян сахарной свеклы за счет совершенствования конструкции сошниковой группы
На правах рукописи
ЧЕРНИКОВ Виталий Александрович
ПОВЫШЕНИЕ РАВНОМЕРНОСТИ ГЛУБИНЫ ЗАДЕЛКИ
СЕМЯН САХАРНОЙ СВЕКЛЫ ЗА СЧЕТ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИИ
СОШНИКОВОЙ ГРУППЫ
Специальность 05.20.01–Технологии и средства
механизации сельского хозяйства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Воронеж 2009
Работа выполнена на кафедре «Сельскохозяйственные машины» ФГОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени К.Д. Глинки»
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Казаров Ким Рубенович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Труфанов Виктор Васильевич кандидат технических наук Николенко Евгений Михайлович Ведущее предприятие - Всероссийский НИИ сахарной свеклы и сахара им. А.Л. Мазлумова.
Защита состоится «19» ноября 2009 г. в 11.00 часов на заседании дис сертационного cовета Д 220.010.04 при ФГОУ ВПО «Воронежский государ ственный аграрный университет им. К.Д. Глинки» по адресу:
394087, г. Воронеж, ул. Мичурина,
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Воро нежский государственный аграрный университет им. К.Д. Глинки».
Автореферат размещен на сайте www.vsau.ru Автореферат разослан « » октября 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент И.В. Шатохин
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Сахарная свёкла в России является основным сырьем для получения сахара. Для поддержания экономической самостоя тельности в стране нужно выращивать ежегодно 55…60 млн. т. сахарной свёклы и производить 6…7 млн. т. сахара. Достижение таких объемов произ водства возможно при наличии высокой урожайности корнеплодов. Одним из путей прироста урожайности является улучшение равномерности глубины заделки семян при посеве, напрямую влияющей на полевую всхожесть. Осо бенно актуальным это стало с переходом к высеву на конечную густоту. По данным В.С. Глуховского из девяти факторов, влияющих на полевую всхо жесть семян сахарной свёклы доля равномерности глубины заделки состав ляет более 24%. Поэтому весьма важны вопросы повышения качества задел ки, создания благоприятных условий для прорастания семян и последующего роста растений. Следовательно, для обеспечения высокой эффективности по севов сахарной свёклы требуется дополнительное уточнение агротехниче ских требований на равномерность глубины заделки семян и обоснование основных параметров бороздообразующих и заделывающих рабочих органов сеялок точного высева. Все это должно способствовать равномерному раз мещению семян на оптимальной глубине, увеличению их полевой всхожести и приросту урожайности сахарной свёклы.
Таким образом, повышение равномерности глубины заделки семян са харной свёклы является актуальной научной и практической задачей.
Целью работы является повышение урожайности сахарной свёклы за счет совершенствования конструкции сошниковой группы.
Объектом исследования является секция сеялки точного высева с ком бинированной сошниковой группой и полозовидной опорой.
Предметом исследования являются закономерности погружения в почву опорного полоза, вертикальных перемещений центра масс комбинированного сошника и вероятность появления растений сахарной свёклы в функции от глубины заделки семян.
Научная новизна результатов исследования заключается:
– в математической модели вертикальных перемещений центра масс комбинированного сошника с полозовидной опорой, отличающейся учетом влияния конструктивных особенностей опоры секции на стабильность глу бины хода сошника;
– в установлении зависимости глубины погружения опорного полоза комбинированного сошника в почву от скорости движения агрегата, силы воздействия пружины подвески при рабочей деформации, отличающейся учетом расположения опорного полоза относительно сошника;
– в разработке методики определения вероятности появления растений с различной глубины заделки семян сахарной свёклы и уточнении агротехни ческого допуска на равномерность глубины их заделки.
Практическая значимость. Разработанная конструкция секции свекло вичной сеялки (свидетельство на полезную модель №66146) позволяет повы сить полевую всхожесть семян сахарной свёклы за счет равномерного раз мещения их в почве на оптимальной глубине. Секция прошла проверку на высеве сахарной свёклы на опытной станции ВГАУ и в ФГУСХП «Воронеж ское» Панинского района Воронежской области. Вероятностные модели рас чета полевой всхожести и урожайности сахарной свёклы используются в про цессе обучения студентов и магистров на агроинженерном факультете ВГАУ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы до ложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях ВГАУ им. К.Д. Глинки (1997-2009 гг.) и Курской ГСХА (2007 г).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, включая че тыре публикации в изданиях, рекомендованных ВАК и патент РФ на полез ную модель.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка, включаю щего 176 наименований, из них 8 на иностранных языках и приложений. Ос новная часть диссертации содержит 125 страниц машинописного текста, включая 60 рисунков, 14 таблиц и 12 приложений.
На защиту выносятся:
математические модели глубины погружения опорного полоза в почву, вертикальных перемещений центра масс комбинированного сошника с учетом скорости движения агрегата, силы воздействия пружины подвес ки при рабочей деформации и сопротивлений почвы;
вероятностная модель, позволяющая определить влияние лаборатор ной всхожести и равномерности глубины заделки семян сахарной свёк лы на полевую всхожесть;
конструктивные решения комбинированной сошниковой группы, обеспечивающие стабилизацию глубины хода сошника, равномерную заделку семян.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении изложены актуальность темы, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе проведен анализ факторов, влияющих на полевую всхожесть семян сахарной свёклы, конструкций бороздообразующих и заде лывающих рабочих органов, а также подвесок сошниковых групп.
Для повышения полевой всхожести семена сахарной свёклы нужно вы севать равномерно на оптимальную глубину в горизонт почвы влажностью 20…24%. Это достигается путем обеспечения равномерности глубины дна бороздки, определяемой типом сошника, применением ограничительных ре борд, копирующих каточков и опорных полозков. Многие исследователи об ращают внимание, что на равномерность глубины заделки семян в борозду большое влияние оказывает механизм подвески сошника и расположение ко пирующего элемента относительно сошника. Вынесение опор вперед или на зад относительно сошника ухудшает условия копирования почвы.
Вопросами технологии возделывания сахарной свёклы, исследованием распределения семян при посеве и его влиянием на полевую всхожесть зани мались видные ученые: В.С. Басин, А.А. Будагов, Г.М. Бузенков, В.В. Васи ленко, В.С. Глуховский, И.И. Гуреев, Л.С. Зенин, В.Ф. Зубенко, К.Р. Казаров, В.М. Кобец, Ю.И Ковтун, А.В. Корниенко, В.И. Паламарчук, К.М. Печенки на, В.А. Петров, Ф.В. Пошарников, В.Д. Свиридов, В.В. Труфанов и др.
К решению этих вопросов ученые подходят экспериментально, а теоре тические исследования с помощью математических методов фактически от сутствуют. Поэтому требуется дополнительно рассмотреть влияние лабора торной всхожести и равномерности глубины заделки семян сахарной свёклы на полевую всхожесть.
На основе проведенного анализа и в соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи исследования:
1. Разработать вероятностную модель, позволяющую оценить влияние лабораторной всхожести и равномерности глубины заделки семян сахарной свёклы на полевую всхожесть, уточнить агротехнический допуск на равно мерность глубины заделки семян в борозду.
2. Разработать математическую модель функционирования секции с по лозовидной опорой, повышающей равномерность заделки семян сахарной свёклы по глубине с учетом скорости движения агрегата, силы воздействия пружины подвески при рабочей деформации и обосновать ее конструктивные параметры.
3. Выявить преимущества комбинированной сошниковой группы с по лозовидной опорой в сравнении с серийной и определить влияние равномер ности глубины заделки семян сахарной свёклы на урожайность корнеплодов.
4. Определить экономическую эффективность от использования опыт ной сеялки с комбинированными сошниками и полозовидными опорами.
Во второй главе «Теоретические основы равномерности глубины за делки семян сахарной свёклы» - обосновано совершенствование конструкции бороздообразующих рабочих органов и описана технологическая схема по севной секции (рисунок 1).
1–туковый сошник;
2–лапа;
3 – комкоотвод;
4 – делитель удоб рений;
5 – кронштейн;
6 – стойка семяпровод;
7 – ограничительный полоз;
8 – кронштейн;
9 – семенной сошник;
10 – щеки;
11 – загортачи;
12 – каточки;
13 – аппарат туковы севающий;
14 – тукопровод;
15 – рамка.
Рисунок 1 Схема опытной секции В секции содержатся последовательно установленные друг за другом комбинированный туковый сошник 1, состоящий из культиваторной лапы 2 и комкоотвода 3, семенной сошник 9 с ограничительным полозом 7. Полоз представляет собой стальной лист прямоугольной формы с загнутой по ра диусу передней частью, вырезом под сошник для семян, расположенный по бокам щек 10 семенного сошника, и, закрепленный при помощи кронштейна 8 на корпусе высевающего аппарата. Для регулировки глубины заделки се мян полоз смещается вверх и вниз по продольным пазам.
Бороздные каточки 12, установлены под углом к продольно вертикальной плоскости и закреплены на шарнирно установленной подпру жиненной рамке 15 вместе с загортачами 11.
Туковый сошник, вносящий удобрения в обе стороны и глубже рядка семян, также жестко закреплен при помощи кронштейна 5 на корпусе высе вающего аппарата и образует единое целое с семенным сошником, что гаран тирует точное размещение удобрений относительно семян. Стойка сошника имеет дополнительные отверстия для регулировки глубины хода. Относи тельно тукового сошника комкоотвод 3 перемещается вертикально.
Предложенная нами методика расчета полевой всхожести семян (Рпол.) в зависимости от лабораторной (Рлаб.) и от равномерности глубины их заделки в борозду, основывается на том, что семена в почве по глубине располагают ся согласно нормальному закону распределения f(hi), а всходы в зависимости от глубины заделки по закону Рэлея fp(h).
f p (h ) n n Pпол. = p i (h ) f (h i ) = Pлаб. f (h i ), (1) m i =1 i = где – мода закона Рэлея, по величине совпадает с оптимальной глубиной прорастания семян и равна среднеквадратическому отклонению залегания семян в слое почвы.
Эта методика позволит теоретически определить полевую всхожесть се мян в зависимости от лабораторной и равномерности глубины их заделки в борозду. На основе данной методики можно уточнить агротехнический до пуск на равномерность глубины заделки семян в борозду.
Г.М. Рудаков отмечает, что движение сошника с полозом сопровождает ся подъемом и сдвигом почвы перед сошником, а также образованием уплот ненных слоев почвы высотой hп по бокам от сошника (рисунок 2). При этом возникает опережающая деформация в виде почвенного валика высотой Нп.
1 – семенной сошник;
2 – опорный полоз;
3 – щеки сошника.
Рисунок 2 Профиль бороздки при работе сошника с полозом Под полозом почва уплотняется, поэтому осыпание стенок бороздки после прохода сошника с полозом происходит меньше, чем без полоза.
На основе процесса деформации почвы и теории клина обоснован угол заострения (2) семенного сошника, равный 42…54° (рисунок 1).
Основное требование к полозу – производить смятие почвы на возможно меньшую глубину и с минимальным перемещением почвы перед полозом.
Глубина смятия почвы зависит от ее несущей способности, опорной площади полоза и давления на полоз. Приняв максимальную величину погружения полоза hп, равную допустимому отклонению от заданной глубины заделки семян hп = hд = 0,5 см, определили площадь полоза с учетом усилия R в = (Fc + Fн ) DР в на вдавливание в почву сошника на глубину h и допус тимого удельного давление полоза на почву:
Fпол (G - (Fc + Fн ) DР в ) (q 0 h д ), (2) где G – вес, приходящий на полоз, Н;
Fн – площадь опорной поверхности на ральника сошника, см2;
Fc – площадь опорной поверхности щек сошника, см2;
Рв – приращение удельного давления на почву при увеличении глубины хода сошника на величину h= 0,5 см от заданной, Н/см2;
q0 – коэффициент объемного смятия почвы, Н/см3.
Из выражения (2) следует, что с увеличением площади опорной поверх ности полоза, а также коэффициента объемного смятия почвы величина по гружения полоза в почву уменьшается.
Радиус изгиба передней части полоза определен из условия отсутствия залипания полоза почвой с учетом допустимой высоты Hд почвенного валика и угла п между касательной к радиусу полоза и горизонтом:
R = H д (1 - cos a п ). (3) Процесс внедрения твердого тела в различные поверхности (почва, ме талл) рассмотрен в работах В.П. Горячкина, Б.И. Костецкого, С.С. Саакяна и др. В.П. Горячкин получил выражение для расчета глубины погружения в почву катков, в том числе и заторможенных, но без учета скорости их пере мещения. Б.И. Костецкий рассматривает вопросы о пластической деформа ции металлических поверхностей при воздействии сил внешнего трения.
Деформации почвы при внедрении твердых тел отличаются от пластиче ской деформации в металлах и сопровождаются изменением ее структуры, пористости и свойственны только полидисперсным системам.
Таким образом, процесс взаимодействия опорного полоза комбиниро ванного сошника и почвы с учетом скорости его движения требует дополни тельного рассмотрения.
На полоз действует вес секции Gc, сила Fп воздействия пружины при ра бочей деформации (далее сила пружины), сила тяги Р, реакции почвы RВ и Rг (рисунок 3). Принимаем, что сила от действия веса секции и силы пружины имеет вид: G = Gc + Fп. Для установления зависимости деформации почвы от скорости перемещения полоза рассмотрим процесс его внедрения в почву с различной скоростью V. Известно, что при малой глубине погружения поло за напряжения и деформации в почве не достигают предела текучести:
G= Fпол·(h·q0+с·V2), (4) где h·q0 - несущая способность почвы при скорости деформации, близкой к нулю, Н/см2;
с - эмпирический коэффициент, (Н·с2)/(см2·м2).
Рисунок 3 К обоснованию величины деформации почвы полозом Посколько V = dh dt, из (4) получаем дифференциальное уравнение:
dh dt = (G - Fпол h q 0 )1 / 2 (Fпол c) -1 / 2. (5) После преобразований и решения можно определить время полного вне дрения полоза в почву:
t 0 = (2 G Fпол с ) ( Fпол q 0 ). (6) При погружении движущегося полоза в почву площадь его контакта с почвой и время воздействия на нее – величины переменные. При большом радиусе носка полоза (R) и малом заглублении в почву (h) для простоты рас чета приняли, что хорда АС есть длина пятна контакта полоза и почвы х » (D h )1/ 2 (D=2R). Тогда определили площадь контакта полоза с почвой Fпол = B (Dh )1 / 2 и время воздействия полоза на почву t = V -1 Dh. Подстави ли Fпол и t в выражение (6), получили:
4/ G D1 / 2 4/ 2 D q h= V V - 4 c. (7) cB На рисунках 4 и 5 приведены зависимости глубины погружения полоза в почву от скорости его движения и силы воздействия пружины подвески, по лученные по формуле (7).
Рисунок 4 Зависимость глубины Рисунок 5 Зависимость глубины погружения полоза в почву от погружения полоза в почву от силы скорости его движения воздействия пружины подвески Из рисунков 4 и 5 видно, что с увеличением скорости движения полоза глубина его погружения в почву уменьшается, а с ростом силы воздействия пружины подвески при рабочей деформации и неизменной скорости движения полоза – увеличивается.
Для изучения процесса копирования микрорельефа поля нами рассмот рено взаимодействие с почвой сошниковой группы опытной секции и со ставлена расчетная схема (рисунок 6).
На опорный полоз 6 действует сила сопротивления почвы Fпл., на наральник сошника 5 - сила Fс, в центре масс корпуса высевающего аппарата (точка С) приложена сила веса G 3, а к рычагам 1 и 2 силы воз действия пружины Fп1 и Fп2.
За звено приведения выбрали корпус высевающего аппарата, точ ку приведения сил – центр масс сошника (точка С). В качестве обобщенной координаты выбрано перемещение центра масс сошника.
Приведенная сила Fпр., направлена 1, 2-рычаги подвески;
3-корпус высе по скорости точки С. Тогда на осно вающего аппарата;
4-пружина;
5 вании уравнения мощностного ба наральник сошника;
6-опорный полоз ланса получим:
Рисунок 6 Расчетная схема экспериментальной секции Fпр. Vc = (Fi Vi cos ( Fi, Vi ) + M i wi cos ( M i, wi )), (8) где Fi – внешняя сила, приложенная к звену i;
Vi – скорость точки приложе ния силы Fi;
Мi – момент внешней силы, приложенный к звену i;
i – угловая скорость звена i;
( Fi, Vi ) – угол между направлением силы Fi и вектором скорости соответствующей точки i;
(М i, Vi ) – угол между направлением момента Мi и угловой скоростью звена i.
Так как масса рычагов 1 и 2 механизма подвески много меньше массы высевающего аппарата, то для упрощения можно ограничиться учетом массы одного только третьего звена. В этом случае приведенная масса mп будет равна массе звена 3, т.е. mп = m3.
Принимаем, что сеялка движется равномерно, тогда все точки звена имеют одинаковые по величине и направлению линейные скорости VА = VВ =VС = V3, а второе слагаемое в выражении (8) будет равняться нулю.
Обозначим длину звеньев: О1А = О2В = Lp;
О1О2 = а, О1Т2 = АТ1 = b ;
найдем скорости точек Т1 и Т2:
VT = VA (L p - b) (L p ) -1 ;
VT = VB b ((L p ) -1 ). (9) Приняв, что моменты трения в шарнирах О1, О2, А, В отсутствуют, сила воздействия пружины Fп1 = Fп 2 = Fп, преобразовали выражение (8) с учетом (9), получили выражение для приведенной силы:
a sin (d + j) Fпp = G 3 cos j + Fп sin arctg х L p - 2b + a cos (d + j) (10) х (1 - (2b L p ) ) - sin j (Fпл. + Fсx. ) - cos j (Fпл. + Fсy. ).
x y Для описания движения опытной секции воспользуемся уравнением движения центра масс:
m 3 &&c; = Fпр..
S (11) Для решения уравнения (11) принимаем, что Fпр. = f (Sc, t ). Параметр ко лебания сошника j в выражении (10) можно представить:
= 0 +, (12) где 0 - начальный угол, соответствующий некоторой исходной позиции сошника в незаглубленном состоянии («лежит» на поверхности почвы);
g - угол отклонения сошника от исходной позиции при его движении по не ровностям почвы.
Изменение угла можно выразить через перемещение центра масс сош ника Sc. Так как g меняется в пределах 5…6°, то получим:
g » Sc L p, j = j o + (Sc L p ). (13) Тогда выражение (10) с учетом (13) примет вид:
a sin (d + (j 0 +(Sc L p )) ) Fпp = G 3 cos(j 0 + (Sc L p )) + Fп sin arctg x L p - 2b + a cos (d + (j 0 + (Sc L p )) ) x (1 - ( 2 b L p ) ) - sin (j 0 +(Sc L p )) ( Fпл. + Fсx. ) - cos (j 0 + (Sc L p )) (Fпл. + Fсy. ). (14) x y Зададимся силами сопротивления почвы Fпл., Fпл, Fсx., Fсy. и силой воздейст x y вия пружины Fп в следующем виде. Из теории колебаний принимаем:
Fi=A·sin(t+)+F0i+µ·V Fп=с·(СТ.+l0), (15) где А – амплитуда силы сопротивления почвы, Н;
– частота, с-1;
– на чальная фаза;
F0i – среднее сопротивление почвы, Н;
µ – коэффициент вязко сти почвы, Н·с/м;
c – коэффициент жесткости пружины подвески;
СТ. – дли на пружины при начальном положении сошника в незаглубленном состоя нии, см;
l0 – изменение длины пружины при копировании рельефа, см.
Решаем дифференциальное уравнение (11) движения сеялки методом Рунге-Кутта с использованием пакета «Mathcad» при нулевых начальных ус ловиях (V0=0 и S0=0). Получаем значение вертикальных перемещений центра масс опытного сошника (рисунок 7).
Рисунок 7 – Зависимости вертикальных перемещений опытного сошника от времени Анализируя зависимости, видим, что при затухании внешнего возмуще ния амплитуда вертикальных перемещений сошника с течением времени уменьшается, и колебания выходят на некоторый установившийся режим.
При скорости агрегата 2 м/с время переходного составило 3 с, и вертикаль ные перемещения имеют меньшую амплитуду, чем при скорости 2,5 м/с, для которой время переходного процесса равно 4 с. Отклонение сошника от ус тановленного среднего значения не превышает ±0,5 см для скорости 2 м/с, а при скорости 2,5 м/с значение вертикальных перемещений выходит за преде лы агротребований.
В третьей главе изложены программа и методика экспериментальных исследований. Предложены следующие методики экспериментального ис следования: обоснования закономерности вероятности появления растений в функции от равномерности глубины заделки семян в борозду;
планирования эксперимента для сравнительных испытаний опытной и серийной секций;
проведения полевых экспериментальных исследований вертикальных пере мещений сошников опытной и серийной секций;
определения равномерности заделки семян сахарной свёклы по глубине опытной и серийной секциями;
урожайности корнеплодов при производственном посеве.
Вероятность появления растений в функции от глубины заделки семян определена экспериментально. На поле, подготовленном для посева, выбира ли участок размером 10х10 м. На данном участке бороздооткрывателем наре зали борозды различной глубины, в которые высевали семена свёклы.
После появления всходов в фазе развитой вилочки подсчитывали коли чество взошедших растений в каждом опыте по соответствующей глубине, и определяли вероятностные характеристики.
Для проведения сравнительных экспериментальных исследований опытной и серийной секций по равномерности глубины хода сошников была изготовлена установка для испытаний (рисунок 8). Она состояла из рамы с навесным устройством и трактора МТЗ-80. На раме устанавливали две сек ции – серийную и опытную. Секции были закреплены на брусе рядом друг с другом на расстоянии 45 см. На раме устанавливали сиденье для эксперимен татора и стол для измерительной аппаратуры.
Испытания проводили на опытном поле ВГАУ, подготовленном для по сева при скоростях 1,52…3,42 м/с, при этом определяли вертикальные пере мещения сошников экспериментальной и серийной секций сеялки ССТ12Б.
Длина зачетного гона составила 50 м.
1-трактор;
2-рама сеялки;
3-опытная секция;
4- серийная секция;
5-провода;
6-стол для аппаратуры;
7-усилитель;
8-осциллограф;
9-сиденье.
Рисунок 8 Общий вид установки для испытаний Все опыты проводили в трехкратной повторности для каждой из вы бранных скоростей движения агрегата.
В четвертой главе представлены результаты экспериментальных и тео ретических исследований. Всхожесть семян и вероятность появления всходов обусловлены равномерностью глубины заделки семян в почву. Результаты полевых опытов по высеву семян в борозду на различную глубину нами ап проксимированы плотностью распределения закона Рэлея (рисунок 9). Опти мальная глубина посева принята 3 см, лабораторная всхожесть семян 80%.
0, Вероятность появления Полевая всхожесть, % 0, 0, всходов 0, 0, 0 2 4 6 8 Глубина заделки семян, см Глубина заделки семян, см 1, 2, 3, 4, 5 и 6 соответственно точки ( ) экспериментальные, sh=0,5;
1,0;
1,5;
2,0;
2,5 3,0 см.
кривая расчетная.
Рисунок 9 Зависимость вероятности Рисунок 10 Зависимость полевой появления всходов от глубины всхожести семян от глубины и заделки семян точности их заделки в борозду Согласованность экспериментальных и теоретических данных проверена по критерию согласия Пирсона (2 =0,9). Опытные данные впоследствии ис пользованы нами для расчетов по уточнению агротехнического допуска на равномерность глубины заделки семян в борозду. Оценку равномерности глубины заделки семян сахарной свёклы проводили по среднеквадратиче скому отклонению от оптимальной глубины.
На рисунке 10 показаны расчетные зависимости полевой всхожести се мян от глубины посева при различном среднеквадратическом отклонении (sh) от заданной оптимальной глубины. Анализируя рисунок, можно сделать вывод, что изменение глубины заделки семян от оптимальной (в данном слу чаем hопт.=3 см, Рлаб. =100%) приводит к снижению полевой всхожести. При чем, чем точнее распределение семян по глубине (чем меньше sh), тем сни жение полевой всхожести существеннее. При изменении среднеквадратиче ского отклонения глубины заделки семян от оптимальной от 0 до 0,5 см по левая всхожесть находится близко к максимальному значению, а с увеличе нием sh с 0,5 до 2,5 см полевая всхожесть снижается с 94 до 53%. Это можно объяснить тем, что при точном распределении семян по глубине большая часть их попадает в горизонт с оптимальной влажностью, чем при неточном распределении семян в борозде и полевая всхожесть повышается.
В качестве оценочного показателя равномерности заделки семян по глу бине в борозде нами предложена вероятность сохранения лабораторной всхожести, названная «сохранением допуска». Его величина с учетом выпол нения технологической операции в растениеводстве может колебаться в пре делах 70…95%.
На рисунке 11 приведены расчетные зависимости полевой всхожести семян при различном среднеквадратическом отклонении от оптимальной глубины заделки в борозду для лабораторной всхожести 100%.
семян от оптимальной глу Максимальное отклонение 1, Полевая всхожесть, % 95 1, 90 85 0, 4 бины, см 80 0, 75 0, 70 0, 65 0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 75 80 85 90 95 Среднее квадратическое Полевая всхожесть семян, % отклонение, см 1 - h опт.=2 см;
2 - h опт.=3 см;
1 - h опт.=2 см;
2 - h опт.=3 см;
3 - h опт.=4 см;
4 - h опт.=5 см. 3 - h опт.=4 см;
4 - h опт.=5 см.
Рисунок 11 Полевая всхожесть в Рисунок 12 Зависимость максимального функции точности заделки семян отклонения семян от оптимальной в борозду глубины в функции полевой всхожести Из рисунка 11 видно, что с увеличением среднеквадратического откло нения глубины заделки семян от оптимальной полевая всхожесть семян сни жается. В зависимости от условий с изменением оптимальной глубины за делки семян от 5 до 2 см их полевая всхожесть снижается с 92 до 65%.
Если величину сохранения допуска принять постоянной, то при различ ной оптимальной глубине заделки семян для данных условий влажности поч вы максимальное отклонение глубины заделки семян от заданной должно быть разным (рисунок 12). Для удобства использования максимальное от клонение от оптимальной глубины выразим в процентах (таблица).
Таблица – Максимальное отклонение глубины заделки семян от оптимальной, % Вероятность сохра hопт=2 см hопт=3 см hопт=4 см hопт=5 см нения допуска, % 100 0 2,7 3,0 3, 95 10,0 10,0 11,3 11, 90 17,0 16,7 17,0 16, 85 21,5 21,3 21,8 21, 80 25,0 25,7 25,0 24, 75 27,5 28,3 27,5 27, Для уточнения максимального отклонения глубины заделки семян от оптимальной принимаем уровень сохранения допуска равным 90%, тогда из данной таблицы следует, что максимальное отклонение глубины заделки се мян в борозду от оптимальной глубины равно 17%.
При полевых испытаниях опытной и серийной секций нами получены данные вертикальных перемещений сошников при различных скоростях движения посевного агрегата (1,52…3,42 м/c) c использованием комкоотвода и без него. На рисунке 13 представлены зависимости среднеквадратических отклонений вертикальных перемещений испытуемых сошников от скорости движения агрегата.
1,5 1, Среднеквадратическое Среднеквадратическое отклонение, см отклонение, см 1 0,5 0, 0 1,5 2 2,5 3 3,5 1,5 2 2,5 3 3, Скорость агрегата, м/с Скорость агрегата, м/с а б а – с комкоотводом;
б – без комкоотвода;
-профиль борозды опытного сошника;
- профиль борозды серийного сошника;
- профиль исходной поверхности.
Рисунок 13 Зависимости среднеквадратического отклонения вертикальных перемещений сошников от скорости движения агрегата Из рисунка 13 а следует, что при увеличении скорости агрегата с 1,52 до 3,42 м/с среднеквадратическое отклонение вертикальных перемещений опыт ного и серийного сошников повышается. Среднеквадратическое отклонение вертикальных перемещений серийного сошника в среднем на 19,4% выше, чем у опытного. При отсутствии комкоотвода (рисунок 13 б) зависимости среднеквадратического отклонения вертикальных перемещений испытуемых сошников от скорости движения агрегата имеют аналогичный характер, только среднеквадратическое отклонение вертикальных перемещений опыт ного и серийного сошников повышается для данного диапазона скоростей соответственно на 8,2 и 9,9% относительно тех же сошников с комкоотводом.
По результатам сравнительных полевых испытаний получены уравнения регрессии:
для опытной секции s 2 = 3,9549 + 0,0782 V s1 - 0,0043 Fп - 0,0449 s1 K + 0,0081 s1 (16) для производственной секции s 2 = 3,7619 + 0,1614 V s1 - 0,002 V Fп - 0,0466 s1 K, (17) где 2– среднеквадратическое отклонение вертикальных перемещений сош ника, мм;
V – скорость движения, м/с;
Fп – сила воздействия пружины под вески, Н;
1– среднеквадратическое отклонение неровностей исходного рель ефа, мм;
К – наличие комкоотвода.
Коэффициент корреляции составил в среднем 0,85…0,95.
По уравнениям (16) и (17) были построены поверхности отклика средне квадратического отклонения вертикальных перемещений опытного и серий ного сошников в зависимости от скорости движения, силы воздействия пру жины подвески и среднеквадратического отклонения неровностей рельефа исходной поверхности (рисунок 14).
а – опытный сошник;
б – серийный сошник Рисунок 14 – Зависимости среднеквадратического отклонения вертикальных перемещений сошников от среднеквадратического отклонения неровностей рельефа и скорости движения агрегата (с комкоотводом) Анализируя зависимости, представленные на рисунке 14, видим что с увеличением скорости движения агрегата при текущем значении неровно стей рельефа (1) среднеквадратическое отклонение вертикальных переме щений (s2) опытного и серийного сошников растет, у серийной секции это значение выше в среднем на 12 %, чем у опытной. У опытной секции средне квадратическое отклонение вертикальных перемещений (s2) сошников нахо дится в пределах агротребований на отклонение от заданного среднего зна чения (±0,5 см) при скоростях движения до 2,4 м/с, а у серийной – до 1,9 м/с.
Для испытуемых секций без комкоотвода зависимости среднеквадрати ческого отклонения вертикальных перемещений сошников от среднеквадра тического отклонения неровностей рельефа и скорости движения агрегата носят аналогичный характер, при этом значение среднеквадратического от клонения вертикальных перемещений опытного и серийного сошников на 12…15 % выше, чем у тех же секций с комкоотводом.
Таким образом, использование комбинированного полозовидного сош ника на базе параллелограммной подвески сеялки ССТ–12Б позволило полу чить равномерную глубину хода сошника с допустимым отклонением не бо лее ±0,5 см от заданной при скорости 1,5…2,4 м/с.
При производственном посеве сахарной свёклы на поле опытной стан ции ВГАУ была определена глубина заделки семян сошниками опытной и серийной секций методом непосредственного отыскания положения семян в почве. Оптимальная глубина заделки семян в борозду при посеве составила 3,5 см. После уборки корнеплодов получены данные по их биологической урожайности.
Для опытной секции с использованием комкоотвода средняя глубина за делки семян составила 3,5 см, среднеквадратическое отклонение глубины за делки семян – 0,42 см, коэффициент вариации глубины заделки семян в бо розду равен 12,1%, средняя урожайность корнеплодов 502,4 ц/га. Для серий ной секции эти же показатели соответственно равны 3,3 см, 0,56 см, 17,2% и 442,3 ц/га.
Без комкоотвода средняя глубина заделки семян для опытной секции равна 3,4 см, среднеквадратическое отклонение глубины заделки семян 0,54 см, коэффициент вариации глубины заделки семян в борозду равен 15,8%, средняя урожайность корнеплодов 467,1 ц/га. У серийной секции эти же показатели соответственно равны 3,4 см, 0,71 см, 21,1% и 398,8 ц/га.
Таким образом, при использовании опытного сошника с опорным поло зом и комкоотводом наблюдается снижение коэффициента вариации глуби ны заделки семян сахарной свёклы в борозду по сравнению с серийным сош ником на 5,1%, а прирост урожайности корнеплодов составил 60,1 ц/га.
В пятой главе приведен расчет ожидаемой экономической эффективно сти от применения одной сеялки, оснащенной опытными секциями с комби нированными сошниками и полозовидными опорами. Суммарный годовой экономический эффект составит 414712 рублей.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. По результатам полевых опытов установлена зависимость плотности вероятности появления растений сахарной свёклы от глубины заделки семян, аппроксимированная законом Рэлея, сходимость теоретических и средних значений опытных данных по критерию Пирсона составляет 0,9.
2. Разработана вероятностная модель зависимости полевой всхожести семян сахарной свёклы от равномерности глубины заделки и лабораторной всхожести, уточнен агротехнический допуск на равномерность глубины за делки семян в борозду, равный 17%.
3. Для стабилизации глубины посева разработана конструкция сошнико вой группы с опорным полозом и определены её основные конструктивные параметры: угол заострения (2) семенного сошника – 42…54°;
площадь по верхности опорного полоза – 250 см2, радиус изгиба передней части криво линейной поверхности опорного полоза – 37 см.
4. Получены математические зависимости глубины погружения в почву опорного полоза комбинированного сошника от скорости движения агрегата и силы воздействия пружины подвески при рабочей деформации. При увели чении скорости движения агрегата в диапазоне 1,5…2,5 м/с глубина погру жения в почву опорного полоза комбинированного сошника уменьшается с 1,80 до 0,90 см. С увеличением силы воздействия пружины подвески при ра бочей деформации от 50 до 150 Н глубина погружения опорного полоза в почву увеличивается с 0,97 до 1,20 см.
5. Из решения дифференциального уравнения движения секции сеялки с комбинированной сошниковой группой получены зависимости вертикальных перемещений опытного сошника с опорным полозом от времени при скоро сти движения агрегата 2 и 2,5 м/с. Установлено, что с затуханием внешнего возмущения амплитуда вертикальных перемещений сошника с течением времени уменьшается, и колебания выходят на некоторый установившийся режим. При скорости 2 м/с время переходного процесса равно 3 с, а при ско рости 2,5 м/с – 4 с. Отклонение вертикальных перемещений сошника от ус тановленного среднего значения не превышает 0,5 см при скорости 2 м/с, а при скорости 2,5 м/с значение вертикальных перемещений сошника выходит за пределы агротребований.
6. Коэффициент вариации глубины заделки семян при посеве опытной секцией с комкоотводом составил 12,1%, средняя урожайность корнеплодов 502,4 ц/га, а при посеве серийной секцией – 17,2% и 442,3 ц/га. При отсутст вии комкоотвода соответственно 15,8%, 467,1 ц/га и 21,1%, 398,8 ц/га.
7. Суммарный годовой экономический эффект от применения одной се ялки, оснащенной секциями с комбинированными сошниками и полозовид ными опорами, составит 414712 рублей.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ Статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ 1. Казаров К.Р. Важный фактор повышения полевой всхожести [Текст]/ К.Р. Казаров, И.К. Лукина, В.А. Черников// Сахарная свёкла. -2002. -№ 2. С. 13 - 14.
2. Калашник В.И. Индикатор глубины хода сошника сеялки [Текст]/ В.И. Калашник, В.А. Черников, К.Р. Казаров// Сельский механизатор. - 2008. № 7. - С. 37, 39.
3. Черников В.А. Полевые испытания свекловичной сеялки с комбинированным сошником [Текст]/ В.А. Черников, К.Р. Казаров, А.И. Ясаков, И.К. Лукина// Механизация и электрификация сельского хозяй ства. - 2008. - № 10. - С. 17 - 18.
4. Казаров К.Р. Обоснование допустимой глубины заделки семян сахар ной свёклы в борозду [Текст]/ К.Р. Казаров, В.А. Черников, И.К.Лукина// Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2008. - № 10. С. 11 - 12.
Изобретения и полезные модели 5. Пат. на полезную модель 66146 Россия, МПК А 01 С 7/20. Секция се ялки точного высева [Текст]/ К.Р. Казаров, В.А. Черников, И.К. Лукина;
зая витель и патентообладатель ВГАУ.- №2007115452/22;
заявл. 23.04.2007;
опубл. 10.09.2007, Бюл.№25. - 1 с: ил.
Статьи в сборниках научных трудов и отраслевых журналах 6. Казаров К.Р. Об оценке равномерности заделки семян сахарной свёк лы в борозду [Текст]/ К.Р. Казаров, И.К.Лукина, В.А. Черников// Сахарная свёкла. -2006. - № 2. - С. 12 - 13.
7. Казаров К.Р. Влияние глубины и точности заделки семян в борозде на их прорастание [Текст]/ К.Р. Казаров, И.К. Лукина, В.А. Черников// Совер шенствование технологии и технических средств производства продукции растениеводства и животноводства: сб. науч. тр. /Воронеж. гос. аграр. ун-т. Воронеж, 1998. - С. 21 - 24.
8. Черников В.А. Повышение равномерности глубины заделки семян сахарной свёклы в борозду за счет изменения конструкции сошника сеялки [Тезисы]/ В.А. Черников// Направления стабилизации развития и выхода из кризиса АПК в современных условиях: Тез. докл. международной научно практической конференции молодых ученых и специалистов. – Воронеж, 1999. – С. 164 - 165.
9. Черников В.А. Полевые испытания сеялки ССТ-12Б с экспериментальным полозовидным сошником [Текст]/ В.А. Черников, К.Р. Казаров, А.С. Чернигин// Повышение эффективности использования, надежности и ремонта сельскохозяйственных машин: сб. науч. тр. /Воронеж.
гос. аграр. ун-т. – Воронеж, 2005. - С. 52 - 55.
10. Лукина И.К. Обоснование допуска на отклонение глубины заделки семян сахарной свёклы в борозду [Текст]/ И.К. Лукина, К.Р. Казаров, В.А. Черников// Повышение эффективности использования, надежности и ремонта сельскохозяйственных машин: сб. науч. тр. / Воронеж. гос. аграр.
ун-т. - Воронеж, 2005. - С. 104 - 108.
11. Казаров К.Р. Обоснование равномерности глубины посева семян са харной свёклы [Текст]/ К.Р. Казаров, В.А. Черников, И.К. Лукина// Регио нальные проблемы повышения эффективности агропромышленного ком плекса (материалы всероссийской научно-практической конференции, г. Курск, 20-22 марта 2007 г., ч.3). Курск ГСХА, 2007. – С. 66 - 69.
12. Черников В.А. Улучшение равномерности заделки семян по глубине сеялкой ССТ-12Б [Текст]/ В.А. Черников // Мировой опыт и перспективы развития сельского хозяйства: материалы международной конференции, по священной 95-летию ФГОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени К.Д. Глинки» (23-24 октября 2007 года). Часть 1– Воронеж: ФГОУ ВПО ВГАУ, 2008. – С. 167 - 169.
Подписано в печать 14.10.2009 г. Формат 60х841/16. Бумага кн.-журн.
П.л. 1,0. Гарнитура Таймс. Тираж 100 экз. Заказ № Типография ФГОУ ВПО ВГАУ 394087, Воронеж, ул. Мичурина,