Параметры и режимы работы многофункциональной сошниковой группы пропашной сеялки
На правах рукописи
Потапов Анатолий Анатольевич
ПАРАМЕТРЫ И РЕЖИМЫ РАБОТЫ
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СОШНИКОВОЙ ГРУППЫ
ПРОПАШНОЙ СЕЯЛКИ
Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации
сельского хозяйства (по техническим наук
ам)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Ставрополь – 2011
Работа выполнена на кафедре «Процессы и машины в агробизнесе»
Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ставропольский государственный аграрный университет»
Научный руководитель: заслуженный изобретатель РФ, доктор сельскохозяйственных наук (05.20.01), профессор Руденко Николай Ефимович
Официальные оппоненты: заслуженный работник Высшей школы РФ, доктор технических наук, профессор Гаппоев Татаркан Туганович кандидат технических наук, доцент Хижняк Владимир Иванович
Ведущая организация: Новокубанский филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Российский научно исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению агропромышленного комплекса» (ФГБНУ «Росинформагротех») – КубНИИТИМ
Защита диссертации состоится «_» декабря 2011 г. в _ часов на за седании объединенного диссертационного совета ДМ 220.062.05 при ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет» по адресу:
355017, г. Ставрополь, пер. Зоотехнический, 12.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Ставро польский государственный аграрный университет», с авторефератом диссер тации – на официальном сайте ФГБОУ ВПО «Ставропольский государствен ный аграрный университет»: http://www.stgau.ru
Автореферат разослан «_» _ 2011 г. и размещен на официаль ном сайте http://www.stgau.ru «_» 2011 г. и ВАК Минобрнауки РФ:
http://vak.ed.дov.ru
Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент В. И. Марченко
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Сошниковая группа – важнейший узел сеял ки. Она должна удалять комки почвы с зоны рядка, готовить посевное ложе, укладывать семена на его плотное дно, выдерживать заданную глубину их заделки, обеспечивать хороший контакт семян с почвой, создавать рыхлый мульчирующий надсеменной слой.
Применяемые сошниковые группы, несмотря на их разнообразие, не в полной мере обеспечивают выполнение агротехнических требова ний, предъявляемых к посеву пропашных культур.
Работа выполнена в рамках Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008–2012 годы (раздел «Тех ническая и технологическая модернизация сельского хозяйства»), утвержденной Постановлением Правительства Российской Федерации от 14 июля 2007 г. № 446.
Цель исследования – повышение качественных показателей посе ва путем совершенствования процесса заделки семян.
Объект исследования – технологический процесс заделки семян при посеве пропашных культур.
Предмет исследования – закономерности процесса заделки семян в зависимости от конструктивных и технологических параметров со шниковой группы сеялки.
Методика исследования включает теоретические исследования процесса заделки семян и тягового сопротивления многофункциональ ной сошниковой группы с использованием методов классической ме ханики и математического анализа;
экспериментальные исследования с применением тензометрического оборудования KYOWA, скоростной видеосъемки, методов планирования многофакторного эксперимента, оценки адекватности и достоверности полученных результатов, опре деления экономической эффективности.
Для проведения экспериментальных исследований были исполь зованы существующие и разработанные лабораторные установки. Ре зультаты измерений обрабатывались методами математической стати стики с применением ЭВМ.
Научную новизну составляют:
– способ заделки семян при посеве путем их вдавливания в почву;
– аналитические зависимости, характеризующие взаимодействие семян с сошником и почвой;
– методика экспериментального определения плотности контакта семени с почвой после посева;
Практическая значимость. Разработана многофункциональная сошниковая группа, обеспечивающая повышение качественных пока зателей посева пропашных культур.
На защиту выносятся следующие положения:
– технологическая и конструктивная схемы многофункциональной сошниковой группы пропашной сеялки;
– уточненные параметры физико-механических свойств семян и почвы;
– теоретический анализ процесса заделки семян при посеве;
– рациональные параметры и режимы работы сошниковой группы сеялки;
– сравнительные показатели полевых исследований предложен ных технических и технологических решений и их экономиче ская оценка.
Апробация работы. Основные результаты исследований изложе ны и рекомендованы к публикации на научных конференциях СтГАУ (Ставрополь, 2007–2009), АГУ (Астрахань, 2009), Горский ГАУ (Вла дикавказ, 2009), СГАУ (Саратов, 2010). Во Всероссийском смотре конкурсе лучших научных работ аспирантов и молодых ученых вузов МСХ РФ, АЧГАА (Зерноград, 2007, 2008), КБГСХА (Нальчик, 2009), финале этого конкурса в СГАУ им. Вавилова (Саратов, 2010).
Реализация результатов исследования. Экспериментальный об разец многофункциональной сошниковой группы пропашной сеялки прошел производственные испытания в КФХ «Любовь» Шпаковского района Ставропольского края. Эскизный проект передан в ЗАО «Тех сервис», г. Георгиевск.
Материалы исследований используются в учебном процессе Став ропольского государственного аграрного университета.
Публикация материалов исследования. По материалам диссерта ционной работы опубликовано 9 печатных работ, 4 из них – в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включаю щего 110 наименований. Работа изложена на 128 страницах машино писного текста, содержит 51 рисунок, 37 таблиц и 9 приложений.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснованы актуальность темы, цель работы, предмет и объект исследования, изложены основные научные положения, вы носимые на защиту.
В первой главе «Состояние вопроса. Обоснование цели и задач исследования» приведен краткий анализ способов посева пропашных культур, агротехнических требований, предъявляемых к посеву. Оха рактеризованы существующие сошниковые группы, описаны рабочие органы, входящие в них.
По результатам анализа научных работ В. П. Чичкина, П. Я. Лобачев ского, А. А. Будагова, В. А. Савенко, С. В. Кардашевского, Т. Т. Гаппое ва, В. П. Бондаренко, Н. Е. Руденко, И. В. Горбачёва, Д. В. Бокова и др.
ученых выявлены основные недостатки сошниковых групп пропашных сеялок и определены направления исследований для их устранения.
Применяемые сошниковые группы пропашных сеялок имеют ряд существенных недостатков. Они не обеспечивают стабильности расстояния между семенами в рядке (шаг посева);
плотного контак та семени с почвой;
создание рыхлого надсеменного слоя, улучша ющего аэрацию. Не ведется уничтожение всходов сорняков одно временно с посевом.
На основании анализа литературных источников нами принята ра бочая гипотеза:
– вдавливание в почву семян пропашных культур в процессе высе ва специально разработанным устройством обеспечивает равномерное распределение их в рядке и улучшает контакт с почвой.
Для проверки гипотезы определены задачи исследования:
1. На основе анализа способов заделки семян при посеве выявить основные направления их совершенствования и обосновать конструктивно-технологическую схему сошниковой группы про пашной сеялки.
2. Уточнить физико-механические и технологические свойства по чвы и семян кукурузы, подсолнечника, влияющие на процесс их заделки при посеве.
3. Теоретически исследовать взаимодействие сошниковой группы с почвой и семенами.
4. Выявить взаимосвязь конструктивно-технологических параме тров с силовыми характеристиками сошниковой группы.
5. Оценить качественные показатели работы многофункциональ ной сошниковой группы и её экономическую эффективность при посеве пропашных культур.
Во второй главе «Теоретические исследования» используется си стема «семена – сошник – почва».
Семена и почва как элементы системы имеют определенные исхо дные свойства, требующие как знания их, так и уточнения примени тельно к конкретным условиям исследования. Необходимо в результа те воздействия рабочих органов сошниковой группы на семена и почву получить заданные по агротехническим требованиям показатели.
Величина перемещения семени вдоль рядка l, определяющая ста бильность шага посева, зависит от рабочей скорости движения сеялки V, коэффициента восстановления семени при ударе о семенное ложе, коэффициентов трения семени fc и почвы fП, а также от конструктивных параметров kП:
l = f(V,, fc, fП, kП). (1) Исходя из этого и принятых рабочих гипотез процесс заделки семян при посеве пропашных культур (подсолнечника и кукурузы) можно представить в виде следующей технологической схемы:
– подрезание и поднятие поверхностного слоя почвы лаповым со шником на глубину посева без сдвига в стороны и отбрасывания;
одновременно проводится уплотнение семенного ложа и нарезка в нем клиновидной бороздки;
– перемещение семян на дно клиновидной подсеменной бороздки и их вдавливание в почву;
– присыпание семян поднятым рыхлым слоем почвы и выравнива ние поверхности.
Для реализации такой технологической схемы предлагается много функциональная сошниковая группа (рис. 1).
Технологический процесс работы осуществляется следующим об разом: при движении сеялки сошник 1 подрезает сорняки, уплотняет семенное ложе, наральник 9 делает в нем клиновидную подсеменную бороздку, в которую падают семена из семяпровода 6. Концевик 8 вдав ливает семена в почву. Комкоудалитель-выравниватель 3 «забирает»
валики почвы, образованные стойкой 2 сошника, и закрывает ими се мена. При этом он смещает комки почвы, выводя их за зону действия копирующего катка, который состоит из двух частей 4, 5, что исключа ет уплотнение почвы над семенами.
Сошник выполнен в виде лапы в форме перевернутой тарелки. На плоском дне закреплены стойка 2 и семяпровод 6, на конце которого установлен наральник 9. В задней половине сошника сделаны вырезы, образующие посередине концевик 8, обеспечивающий вдавливание се мян в почву.
Учитывая характер взаимодействия рабочих органов с почвой, обо снованы их конструктивные параметры.
1 – сошник тарелочный;
2 – стойка;
3 – комкоудалитель-выравниватель;
4, 5 – правая и левая части катка копирующего;
6 – семяпровод;
7 – обод горизонтальный;
8 – концевик;
9 – наральник Рисунок 1 – Схема многофункциональной сошниковой группы Диаметр тарелочного сошника Dс принят равным по величине двум защитным зонам ЗЗ рядка растений:
Dс = 2. ЗЗ = 200 мм. (2) Задача тарелочного сошника – подрезание пласта, поделка посев ного ложа с наименьшим смещением почвы. Эту функцию выполняет тарелочный сошник с углом наклона образующей конуса = 12.
Высота подсошникового пространства с учетом размеров наиболее крупных семян подсолнечника и кукурузы и наличия подсеменной бо роздки ас = 12 мм.
Для того чтобы избежать попадания почвы в подсошниковое про странство под действие результирующей силы F (рис. 2а), выполнен горизонтальный обод шириной e, заточенный по краям. При наличии такого обода сила F исключается (рис. 2б).
1 – сошник тарелочный;
2 – пространство подсошниковое;
3 – обод горизонтальный;
а – без обода;
б – с ободом Рисунок 2 – Схема воздействия почвы на лезвие тарелочного сошника Как видно из рисунка 2:
ас е = R – 0,5do – _ мм, (3) tg где R – радиус тарелочного сошника, мм;
do = 55 мм – диаметр основания тарелочного сошника.
е = 100 – 0,5. 55 – _ = 17,5 мм. (4) 0, Принимаем e = 20,0 мм.
Наральник имеет форму клина с углом, равным углу трения семени по почве: = 2с.
Комкоудалитель-выравниватель выполнен в W-образном виде (поз.
3 рис. 1). Это обеспечивает заделку бороздки после стойки сошника и выравнивание почвы перед копирующим катком. Угол наклона конце вых пластин к продольной плоскости меньше угла трения почвы по стальной поверхности :.
Расстояние вк между левой и правой частями копирующего катка определяют исходя из величины боковой деформации почвы в резуль тате образования колеи:
вк = 4hк. tg мм, (5) где hк – глубина колеи, мм;
– угол внутреннего трения почвы, град.
В качестве математической модели системы «сошник – семена – по чва» принимаются аналитические зависимости, связывающие физико механические и технологические свойства почвы и семян, параметры и режимы работы сошника.
После выхода из семяпровода семя находится в полете, пролетая под действием силы инерции и силы тяжести в горизонтальной проекции путь l1 (рис. 3). При падении в подсеменную бороздку семя под дей ствием части кинетической энергии и упругости подскакивает, пере мещаясь на длину l2. Затем на него воздействует коническая плоскость тарелочного сошника, перемещая на расстояние l3, и горизонтальный обод – l4.
Суммарное отклонение l равно l = l1 + l2 + l3 + l4 м, (6) где l1 – расстояние перемещения от места выпадания семени до его первого сопри косновения с почвой, м;
l2 – расстояние перемещения в результате отскакивания, м;
l3 – расстояние перемещения в результате воздействия конической плоскости тарелоч ного сошника, м;
l4 – расстояние перемещения под воздействием горизонтального обо да тарелочного сошника, м.
а – зона перемещения семени;
б – схема размещения семени в подсеменной бороздке Рисунок 3 – Отклонение семян вдоль рядка от точки выпадания их из семяпровода Расстояние l1 зависит от скорости рабочего движения сеялки и ско рости падения семени:
Va l1 м, (7) 2g H a где V – скорость рабочего движения сеялки, м/с;
а – высота тарелочного сошника, м;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
Н – длина семяпровода, м;
– глубина под семенной бороздки, м.
Величину l2 во многом определяет коэффициент восстановления при ударе.
R e 0,5 d o V2 м, (8) l2 2g H a V где – коэффициент восстановления семени при ударе;
R – радиус тарелочного со шника, м.
При = 0, l2 = 0.
Перемещение семени после отскока l3 происходит под действием результирующей силы Fр (рис. 4).
1 – семя;
2 – концевик сошника тарелочного Рисунок 4 – Схема воздействия концевика сошника на семя l3 = [(ас + ) – d]. tg( + с) м, (9) где – угол крошения (наклона образующей), град;
с – угол трения семени по стальной поверхности, град;
d – эквивалентный диаметр семени d 3 a b c, м (Н. Н. Ульрих);
a, b, с – средние значения длины, ширины, толщины семени, м.
Расстояние (fП – fc). (d – ). е l4 = _ м, (10) d где fс, fП – коэффициенты трения семени по стальной поверхности и по почве соот ветственно.
При = d, l4 = 0.
Подставив выражения 7, 8, 9, 10 в формулу 6, получим отклонение семени от точки выпадания из семяпровода до его вдавливания в почву.
R e 0,5d o Va V l 2g H a V 2g H a (11) f fc d e м.
ac d tg c d Полученная зависимость связывает основные конструктивные па раметры, технологические свойства почвы, семян и позволяет опреде лить отклонение l в зависимости от условий работы, скорости движе ния сеялки.
Силу сопротивления почвы вдавливанию в неё семени находят по формуле d F qSh 1 fc q h1 f c Н, (12) где q – коэффициент объемного смятия почвы, Н/м3;
S – площадь сечения семени, м2.
Вдавливание семян в почву происходит на глубину до 8…12 мм. По данным В. А. Сакуна, при вдавливании деформатора в почву «…де формации почвы в первой фазе – фазе уплотнения – всегда затухаю щие…». Они «…не зависят от времени действия».
Усилие отрыва семени от почвы после вдавливания определяют по следующей зависимости:
1 1d Н, (13) d 3 fc F q 6 d где FОТ – усилие отрыва семени от почвы после вдавливания, Н;
– коэффициент, учи тывающий влияние скорости.
При = d, FOТ = 0.
Усилие отрыва FOТ должно быть больше суммы сил тяжести семени FТ и усилия прилипания FП: FOТ FТ + FП.
Способ воздействия тарелочного сошника на почву отличается от способа воздействия полозовидного сошника.
Тарелочный сошник подрезает и частично крошит, путем сжатия, подрезанный слой почвы.
Полозовидный сошник прорезает бороздку, сминает, вдавливает по чву, образуя уплотненное дно и стенки.
Силу сопротивления движению сошника в почве, в соответствии с теорией академика В. П. Горячкина, можно представить в общем виде:
FТ = FC + FТР Н, (14) где FC – сила сопротивления (реакция) почвы, Н;
FТР – сила трения почвы по поверх ности сошника, Н.
Исходя из способа воздействия для тарелочного сошника:
FТВ = k. D. a. + mтв. g. f1 Н, (15) где k – удельное сопротивление почвы, Н/м2;
mтв – масса секции, приходящаяся на тарелочный сошник, кг.
Для полозовидного сошника:
FТК = q. h. вс. ec. + mтк. g. f1 Н, (16) где вс – ширина сошника, м;
ec – длина вдавливающей части сошника, м;
mтк – масса сеялки, приходящаяся на полозовидный сошник, кг.
В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» описаны общая и частные методики эксперименталь ных исследований, изложен перечень оборудования и приборов, ис пользуемых при проведении опытов.
Представлены методики определения влажности семян при помо щи влагомера «Эвла-С»;
фрикционных свойств семян на лабораторной установке «Трибометр»;
коэффициента восстановления семян при уда ре с использованием скоростной видеосъемки. Использованы семена кукурузы сорта К-180, подсолнечника сорта Лакомка.
Дана методика определения усилия, необходимого для разрушения семян подсолнечника и кукурузы. Для определения разрушающих на грузок разработана лабораторная установка (рис. 5).
Семена 2 укладывают на предметную площадку 5 тензометрическо го датчика силы 6. При вращении рукоятки 7 активная площадка 8 воз действует на семя до его разрушения.
Регистрирующее оборудование фиксирует усилие, приложенное к семени по времени.
Описаны методики определения нормального напряжения сжатия, коэффициента объемного смятия почвы и усилия, необходимого для вдавливания семени в почву с применением лабораторной установки «Пресс» (рис. 6).
1 – пресс винтовой;
2 – исследуемое семя;
3 – тензометрическая станция KYOWA;
4 – компьютер с программным обеспечением;
5 – площадка предметная;
6 – датчик тензометрический силы растяжения-сжатия «DACELL» UU-K100;
7 – рукоятка;
8 – площадка активная Рисунок 5 – Установка для изучения прочностных характеристик семян 1 – установка лабораторная «Пресс»;
2 – площадка активная;
3 – датчик перемещения «DASELL» DLH-A-30;
4 – датчик силы растяжения-сжатия «DACELL» UU-K100;
5 – площадка давящая;
6 – емкость с почвой;
7 – станция тензометрическая «KYOWA»;
8 – компьютер с программным обеспечением Рисунок 6 – Лабораторная установка для определения нормального напряжения сжатия почвы, коэффициента объемного смятия почвы и усилия вдавливания семян в почву На поверхность почвы в емкости 6 укладывают семя, активная пло щадка 2, закрепленная на тензометрическом датчике силы растяжения сжатия «DACELL» UU-K100 4, воздействует на семя до его полного вдавливания в почву. После вдавливания определяют усилие отрыва семени от почвы. Почва – предкавказский выщелочный чернозем, влажностью 18 %.
Представлена методика определения тяговой характеристики много функциональной сошниковой группы. Для проведения измерения ла бораторную установку «Почвенный канал» оборудуют барабаном (рис. 7), на который наматывают тяговый трос 7, соединенный через тен зометрический датчик силы растяжения-сжатия «DACELL» UU-K300 с подвижной тележкой 4. На ней закреплена посевная секция 5.
1 – шкаф управления электрический;
2 – станция приводная;
3 – емкость с почвой;
4 – тележка подвижная;
5 – секция посевная;
6 – барабан;
7 – трос тяговый;
8 – тензометрический датчик силы растяжения-сжатия Рисунок 7 – Установка «Почвенный канал» с оборудованием для измерения тягового сопротивления Для определения качественных показателей высева в почвенном канале установки размещают шнур, на котором с заданным шагом на клеены семена (рис. 8). Семена счищаются разрезанным в виде буквы «П» семяпроводом и падают в подсошниковое пространство, имитируя однозерновую подачу высевающего аппарата. Измеряют отклонение семени от точки выпадания и усилие отрыва семени от почвы после вдавливания, характеризующее плотность контакта семени с почвой.
Рисунок 8 – Установка «Почвенный канал» с оборудованием для исследования процесса заделки семян На основании теоретических исследований по формуле 13 установ лено, что на процессы заделки семян в почву и усилие отрыва семени от почвы влияют два фактора: скорость движения сеялки V, м/с, и глу бина подсеменной бороздки, м.
Для определения рациональных значений факторов, влияющих на процесс заделки семян в почву, проведен полный факторный экспери мент типа 22. За критерий оптимизации принимаем отклонение от точ ки выпадания семени из семяпровода l (Y1) и усилие отрыва семени от почвы после вдавливания FОТ (Y2).
Результаты выбора основных факторов и уровней их варьирования для эксперимента ПФЭ 22 представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Основные факторы и уровни их варьирования Факторы Скорость движения сеялки Глубина подсеменной бороздки Уровень натуральное кодированное натуральное кодированное обозначение обозначение обозначение обозначение V, м/с Х1, м Х Верхний 2,5 +1 0,004 + Основной 2,0 0 0,002 Нижний 1,5 –1 0 – Полевые исследования проводили в соответствии с методикой ФГУ «Кубанская МИС» по ТУ 4732-012-48611500-04.
В четвертой главе «Результаты и анализ экспериментальных исследований» представлены результаты проведенных лабораторных и полевых исследований.
Экспериментально уточнены размерно-массовые и физико механические характеристики семян кукурузы сорта К-180, подсолнеч ника сорта Лакомка и почвы – предкавказский выщелочный чернозем.
Установлено, что для семян подсолнечника средние размеры составляют:
длина – 13,9 мм;
ширина – 7,5 мм;
толщина – 4,8 мм (d = 7,9 мм);
масса 1000 семян – 116,0 г;
для кукурузы: длина – 11,6 мм;
ширина – 4,6 мм;
тол щина – 8,2 мм (d = 7,6 мм);
масса 1000 семян – 268,0 г. Коэффициент ди намического трения по стальной поверхности для семян: подсолнечника – 0,36;
кукурузы – 0,46. Угол трения семени по почве: подсолнечника – 27, град;
кукурузы – 31,2 град. Коэффициент трения семени подсолнечника по почве – 0,52;
кукурузы – 0,62. Угол внутреннего трения почвы – 32, град, угол трения почвы по стальной поверхности – 24,1 град.
Коэффициент восстановления семени при ударе аппроксимируется следующей зависимостью: = kв. (d – ). Для семян кукурузы коэф фициент аппроксимации кв = 30,3;
подсолнечника – 19,6. Нормальное напряжение сжатия почвы составляет 1974,4 Н/м2, коэффициент объ емного смятия – 1772960,1 Н/м3.
Для разрушения семян при приложении нагрузки в трех плоско стях – длина, ширина, высота требуется усилие: для подсолнечника 15,1;
40,5;
88,1 Н соответственно, для кукурузы – 146,2;
248,6;
232,3 Н соответственно. Для вдавливания семян в почву необходимо усилие по плоскостям для семян кукурузы: 5,3;
6,4;
8,8 Н и для семян подсолнеч ника 6,5;
12,3;
12,5 Н. Усилие вдавливания семян в почву меньше, чем усилие их разрушения. Подтверждается возможность их вдавливания в почву при посеве без нарушения целостности.
В результате проведения ПФЭ 22 составлены уравнения регрессии:
в кодированном виде:
Y1 = 0,031 + 0,00183. Х1 – 0,006. Х2, (17) Y2 = 0,1432 – 0,04075. Х1 – 0,052. Х2 + 0,012. Х1. Х2, (18) в натуральном виде:
l = 0,02968 + 0,00366V – 3, (19) FОТ = 0,4062 – 0,1055V – 50,0 + 12,0V.. (20) Они устанавливают зависимость между параметрами рационализа ции – отклонением от точки выпадания семян l, усилием отрыва семе ни от почвы после вдавливания FОТ и факторами: скоростью движения сеялки V и глубиной подсеменной бороздки.
По построенным двумерным сечениям поверхностей отклика (рис. 9, 10) установлено, что рациональной для подсеменной бороздки является глубина = 0,0040 м, при скорости V = 2,0 м/с.
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 6, 5, 4, 3, а б а – зависимость величины отклонения от точки выпадания семян l от скорости движения сеялки V и глубины подсеменной бороздки ;
б – зависимость усилия отрыва семени от почвы после вдавливания FОТ от скорости движения сеялки V и глубины подсеменной бороздки Рисунок 9 – Поверхности отклика отклонения от точки выпадания и усилия отрыва семени от почвы после вдавливания 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, X2( ), X2( ), 0, 0, 0, 0, 0, 0,0010 0, 0, 0,034 0,0005 0, 0,032 5, 0,03 0,028 4, 0,0000 0, 0,026 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2, 0,024 3, 1(V), /c 1(V), /c а б а – зависимость величины отклонения от точки выпадания семян l от скорости движения сеялки V и глубины подсеменной бороздки ;
б – зависимости усилия отрыва семени от почвы после вдавливания FОТ от скорости движения сеялки V и глубины подсеменной бороздки Рисунок 10 – Изолинии поверхности отклика Для сопоставления полученных результатов теоретических и экс периментальных исследований построены графики (рис. 11).
Рисунок 11 – Теоретические и экспериментальные зависимости длины перемещения l семени вдоль рядка при скорости движения сеялки V = 2,0 м/с (а) и глубине подсеменной бороздки = 0,004 м (б) Из приведенных графиков видно, что теоретические и эксперимен тальные кривые имеют близкую закономерность.
Сопоставление полученных результатов проводилось с использова нием 2 – критерия Пирсона.
С увеличением скорости движения сеялки и глубины подсеменной бороздки усилие отрыва семени от почвы уменьшается (рис. 12).
Рисунок 12 – Теоретические и экспериментальные зависимости усилия отрыва FОТ семени от почвы после вдавливания при скорости движения сеялки V = 2,0 м/с (а) и глубине подсеменной бороздки = 0,004 м (б) Тяговое сопротивление стандартной сошниковой группы (сеялки СУПН-8А) на 16–19 % больше, чем у экспериментальной (рис. 13).
Полученные экспериментальные зависимости адекватны теорети ческим.
В результате полевых исследований (рис. 14) установлено, что основные показатели качества работы многофункциональной сошни ковой группы соответствуют агротехническим требованиям в отличие от контроля (сеялки СУПН-8А) (табл. 2).
Рисунок 13 – Теоретические и экспериментальные зависимости тягового сопротивления сошников при скорости движения сеялки V = 2,0 м/с (а) и глубине подсеменной бороздки = 0,004 м (б) Рисунок 14 – Фрагмент посевного агрегата, оборудованного стандартной (1) и многофункциональной (2) сошниковыми группами Таблица 2 – Показатели качества посева Агротехнические Показатель Вариант Контроль требования Разрыв между предпосевной минимальный операции – обработкой почвы и посевом (до 30 мин) совмещены параметры Шаг посева (средний), м 0,24 0, посева Коэффициент вариации расстояния до 20 8,3 27, между семенами в рядке, % Продолжение Агротехнические Показатель Вариант Контроль требования Глубина заделки семян (средняя), мм 60,0 58,0 56, Коэффициент вариации глубины до 10 2,94 7, заделки семян, % Отклонение семян от линии до 10 1,8 15, рядка (среднее), мм Плотность почвы (средняя), т/м3:
– в зоне семян 1,15–1,25 1,23 1, – в надсеменном слое 0,7–0,9 0,84 1, В пятой главе «Технико-экономическая эффективность многофун кциональной сошниковой группы» представлены расчеты, которые показали, что годовой экономический эффект составляет 116102,8 руб., срок окупаемости дополнительных затрат не превышает 1,4 года.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. Применяемые сошниковые группы пропашных сеялок не в пол ной мере обеспечивают выполнение агротехнических требований:
коэффициент вариации расстояния между семенами в рядке пре вышает 20 %, поверхностное прикатывание рядка копирующим катком не вполне отвечает условиям прорастания семян, одновре менно с посевом не ведется уничтожение всходов сорняков.
2. Предложена технологическая и конструктивная схема много функциональной сошниковой группы, позволяющей качествен но заделывать семена путем вдавливания их в подсеменную бороздку, выполнять отвод комков из зоны рядка и прикатывать рядок без уплотнения почвы над ним. Обоснованы параметры предлагаемых рабочих органов: диаметр тарелочного сошника D = 200 мм;
угол крошения = 12;
ширина горизонтального обо да e = 20 мм;
комкоудалитель-выравниватель W-образной формы;
копирующий каток, состоящий из двух частей, каждая шириной 70 мм, с расстоянием между ними 60 мм.
3. Уточнены параметры физико-механических и технологических свойств предкавказского выщелочного чернозема, семян куку рузы К-180 и подсолнечника Лакомка: коэффициент внутренне го трения почвы 0,63;
нормальное напряжение сжатия почвы – 1974,4 Н/м2;
коэффициент объемного смятия – 1772960,1 Н/м3;
коэффициент динамического трения по стальной поверхности для семян: кукурузы – 0,46;
подсолнечника – 0,36. Коэффициент восстановления семени при ударе аппроксимируется следующей зависимостью = kв. (d – ). Для семян кукурузы коэффициент аппроксимации кв = 30,3;
подсолнечника – 19,6.
4. Для разрушения семени при приложении нагрузки по длине, ши рине, высоте его требуется усилие соответственно – для семян кукурузы 146,2;
248,6;
232,3 Н;
для семян подсолнечника 15,1;
40,5;
88,1 Н. Максимальное усилие, необходимое для вдавливания семян в почву, составляет: для кукурузы 8,8 Н;
для подсолнечни ка 12,5 Н. Усилие отрыва семян от почвы составляет 0,08–0,13 Н.
Вдавливание семян в почву влажностью 18 % исключает повреж дение семян и обеспечивает плотный контакт их с почвой.
5. Установлено лабораторными исследованиями, что определяю щими факторами стабилизации шага посева является глубина подсеменной бороздки и скорость движения сеялки V. По по лученным поверхностям откликов выявлено, что рациональ ная глубина подсеменной бороздки равна = 0,004 м, скорость V = 2,0 м/с.
6. Предложенная сошниковая группа обеспечивает лучшие пока затели качества посева в сравнении с применяемой сошниковой группой сеялки СУПН-8А, а именно: коэффициент вариации рас стояния между семенами в рядке 8,3 %, глубины заделки семян – 2,94 %, в контроле соответственно – 27,0 и 7,76 %;
плотность по чвы в зоне размещения семян составляет 1,23 т/м3, в надсеменном слое – 0,84 т/м3, в контроле соответственно – 1,01 и 1,54 т/м3.
7. Расчетная годовая эффективность от внедрения многофунк циональной сошниковой группы пропашной сеялки составляет 116102,8 руб., срок окупаемости затрат 1,4 года.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ 1. Руденко, Н. Е. Исследование процесса заделки семян тарелоч ным сошником [Текст] / Н. Е. Руденко, А. А. Потапов // Техника в сельском хозяйстве. – 2010. – № 5. – С. 34–35 (соискатель 60 %).
2. Потапов, А. А. Тяговое сопротивление многофункциональной сошниковой группы пропашной сеялки [Текст] / А. А. Потапов, Н. Е. Руденко // Тракторы и сельхозмашины. – 2010. – № 9. – С. 54–55 (соискатель 60 %).
3. Потапов, А. А. Модернизация сошниковой группы пропашной сеялки [Текст] / А. А. Потапов, Н. Е. Руденко // Сельский меха низатор. – 2010. – № 2. – С. 7 (соискатель 60 %).
4. Потапов, А. А. Высокотехнологичная сошниковая группа про пашной сеялки [Текст] / А. А. Потапов, Н. Е. Руденко // Техника в сельском хозяйстве. – 2010. – № 4. – С. 12–14 (соискатель 60 %).
Публикации в других изданиях 5. Руденко, Н. Е. Обоснование технологической схемы сошниковой группы пропашной сеялки [Текст] / Н. Е. Руденко, Е. В. Кула ев, А. П. Ляхов, А. А. Потапов // Актуальные проблемы научно технического прогресса в АПК : сборник научных статей по мате риалам III Международной научно-практической конференции, СтГАУ. – Ставрополь, 2008. – С. 168–173 (соискатель 40 %).
6. Руденко, Н. Е. Технологические и конструктивные особенности сошниковых групп сеялок [Текст] / Н. Е. Руденко, А. А. Пота пов // Актуальные проблемы научно-технического прогресса в АПК : сборник научных статей по материалам III Международ ной научно-практической конференции, СтГАУ. – Ставрополь, 2008. – С. 182–185 (соискатель 60 %).
7. Потапов, А. А. Физико-механические свойства почвы и се мян пропашных культур (на примере подсолнечника) [Текст] / А. А. Потапов, Н. Е. Руденко // Известия Горского государ ственного аграрного университета, Горский ГАУ. – Владикавказ, 2009. – С. 96–100 (соискатель 60 %).
8. Потапов, А. А. Комбинированная сошниковая группа пропашной сеялки [Текст] / А. А. Потапов, В. Н. Руденко // Актуальные про блемы инновационного развития агропромышленного комплек са : Всероссийская конференция студентов и молодых ученых с элементами научной школы, АГУ. – Астрахань, 2009. – С. 262– 263 (соискатель 60 %).
Подписано в печать 21.10.2011. Формат 60х84 1/16.
Гарнитура «Таймс». Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,0.
Тираж 100. Заказ № 352.
Отпечатано в типографии издательско-полиграфического комплекса СтГАУ «АГРУС», г. Ставрополь, ул. Мира, 302.