Совершенствование технологии посева семян бахчевых с модернизацией полозовидного сошника
На правах рукописи
Беляков Андрей Владимирович
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОСЕВА СЕМЯН БАХЧЕВЫХ
С МОДЕРНИЗАЦИЕЙ ПОЛОЗОВИДНОГО СОШНИКА
Специальность: 05.20.01 – Технологии и средства механизации
сельского хозяйства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Волгоград 2007 2
Работа выполнена на кафедре: «Сельскохозяйственные машины» ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия»
Научный руководитель: доктор с.-х. наук, профессор Цепляев Алексей Николаевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Емелин Борис Николаевич кандидат технических наук, доцент Бороменский Владимир Павлович
Ведущая организация: Комитет по сельскому хозяйству и продовольствию Администрации Волгоградской области
Защита состоится 23 октября 2007 г. В 12 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 220.008.02 при ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу:
400002, г. Волгоград, пр. Университетский, 26, ауд. 214.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия»
Автореферат разослан «_» _2007 г. и размещен на сайте http://www.vgsha.ru.
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор сельскохозяйственных наук, профессор А.И. Ряднов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В настоящее время Россия – страна с наибольшим количеством площадей, занятых посевами бахчевых культур. Промышленное бахчеводство сосредоточено главным образом на юго-востоке, что обусловлено климатическими условиями. Несмотря на рост площадей под бахчевыми культурами, урожайность их по-прежнему невелика. Главные причины этого – отсутствие хороших предшественников: целины, многолетних трав, практически полный отказ от применения минеральных удобрений, а также несовершенство существующей технологии возделывания бахчевых, основанной преимущественно на использовании неприспособленных машин и ручном труде.
Хозяйства, возделывающие бахчевые, из-за отсутствия посевных машин промышленного производства, используют для посева семян бахчевых культур зерновые, кукурузные, хлопковые и другие сеялки. Применение подобных посевных машин приводит к укладке семян на разную глубину, в результате изреженность всходов достигает в среднем более 20%. Поэтому посеву – одной из самых ответственных операций при возделывании бахчевых, сроки и качество проведения которого во многом определяют размер урожая, должно уделяться особое внимание.
Существующие сошники сеялок, используемые для посева семян бахчевых культур, не выполняют агротехнических требований по глубине заделки семян, особенно на повышенных скоростях. Колебания сошника пропашной сеялки в вертикальной плоскости, возникающие вследствие зазоров во втулках параллелограммной подвески, приводят к неравномерности заделки семян по глубине до ± 5 см. В результате семена попадают в иссушенные слои почвы, всходы становятся изреженными и неравномерными. Поэтому необходимы теоретические и экспериментальные исследования, направленные на изыскание новых рабочих органов и усовершенствование существующих. Этой цели и посвящены настоящие исследования.
Цель исследования. Совершенствование и исследование сошника для посева бахчевых культур, позволяющего получить ранние всходы за счет высева семян во влажный слой почвы.
Задачи исследования:
- изучить некоторые физико-механические свойства почвы, применительно к посеву семян бахчевых культур и выявить основные факторы, влияющие на всхожесть семян и на сроки их прорастания при посеве полозовидным сошником;
- разработать и исследовать полозовидный сошник, способный обеспечить минимальное изменение глубины заделки семян с укладкой их во влажный слой, и мульчированием сверху сухой почвой;
- провести теоретические и экспериментальные исследования устойчивости хода модернизированного сошника по глубине и определить оптимальные условия его работы;
-определить экономическую эффективность применения переоборудованной сеялки СУПН – 6 (8) на посеве семян бахчевых культур.
Объект исследований. Процесс посева семян бахчевых культур во влажный слой почвы с применением модернизированного полозовидного сошника.
Предмет исследований. Изменение глубины посева семян бахчевых вследствие вынужденных колебаний за счет особенностей модернизированного полозовидного сошника.
Научная новизна работы заключается в:
создании и исследовании сошника пропашной сеялки, защищенного патентом на изобретение;
- теоретическом и экспериментальном обосновании параметров сошника с устройством для фиксации семян с учетом скорости движения и его конструктивных особенностей.
Практическая значимость:
1. Конструкция модернизированного сошника.
2. Теоретическое и экспериментальное обоснование параметров и режимов работы модернизированного сошника.
3. Качественные показатели по изменению глубины заделки семян, отвечающие агротехническим требованиям.
4. Рекомендации к внедрению конструкции сошника и ее применению в бахчеводческих хозяйствах Волгоградской области.
Апробация работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований по теме диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научно-практических конференциях преподавателей и аспирантов (Волгоградская ГСХА 2003…2006 гг.), международной научно практической конференции «Актуальные проблемы развития АПК», посвященной 60-летию Победы в Великой Отечественной войне ( Волгоградская ГСХА 2005г.), «Х Региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области»( Волгоградская ГСХА 2005г.), международной конференции «Проблемы развития бахчеводства» (Быковская бахчевая селекционная опытная станция 2005г.).
Публикации. По основным положениям диссертации опубликовано работ, в том числе две в издании, рекомендованном ВАК РФ. Объем публикаций:
0,6 п.л. из них 0,22 п.л. принадлежат автору.
Основные положения, выносимые на защиту:
- усовершенствованный процесс посева семян бахчевых;
- конструкция предлагаемого модернизированного сошника;
- аналитические зависимости, определяющие конструктивные и кинематические параметры модернизированного сошника;
- математическая модель, описывающая процесс работы уплотнителя;
- результаты лабораторных и полевых исследований разработанной конструкции;
технико-экономические показатели эффективности разработанной конструкции.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка используемой литературы и приложений. Материал изложен на страницах компьютерного текста, содержит 6 таблиц и 49 иллюстраций. Список используемой литературы состоит из 106 наименований, из них 2 на иностранном языке.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении изложена краткая характеристика состояния проблемы посева бахчевых существующими сошниками, обоснована актуальность темы, сформулированы основные задачи исследований.
В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» отмечается, что в настоящее время, в хозяйствах, возделывающих бахчевые, нет машин промышленного производства, предназначенных для посева семян бахчевых культур. Посев производится посевными машинами, применяемыми из других отраслей, качество работы которых не отвечает агротехническим требованиям, особенно по глубине заделки семян;
это происходит в результате колебаний сошников в вертикальной плоскости.
Далее рассмотрены экспериментальные конструкции сеялок и сошников, использующихся для посева семян бахчевых культур. Для этого изучены работы В.П. Горячкина, Е.П. Огрызкова, В.П. Бороменского, В.И. Пындака, В.Г.
Абезина, А.Н. Цепляева, М.Н. Шапрова, и др. На основе проведенного анализа сформулированы цель и задачи исследования.
В выводах первой главы отмечается, что разработанные и используемые в настоящее время сошники не удовлетворяют агротехническим требованиям посева бахчевых культур и, особенно, по глубине заделки семян, что связанно с неравномерностью хода сошника в вертикальной плоскости.
Во второй главе «Теоретическое исследование перемещений сошника пропашной сеялки» предлагается конструкция модернизированной пропашной сеялки на примере сошника, обеспечивающего укладку и последующую фиксацию семян в бороздку. В предлагаемой конструкции за основу взята серийная сеялка СУПН – 8. На сошнике, в передней его части, установлен риджер, который при работе снимает верхний сухой слой почвы и сдвигает его в обе стороны (рис. 1. а).
Глубина хода риджера регулируется в зависимости от толщины сухого слоя. Эта регулировка выполняется самостоятельно и не связана с глубиной хода сошника. За сошником установлен уплотнительный каток и щетка, сошник при работе опирается на прикатывающий каток.
Сошник проделывает в открывшемся влажном слое бороздку куда высеваются семена. Для заделки семян влажной почвой за сошником установлено устройство для фиксации семян, обеспечивающее сжатие ее боковых стенок. На дисках этого устройства установлены лопатки, обеспечивающие вращение.
Профиль дисков и силы, действующие на бороздку, показаны на схеме (рис. 1.
б и в).
Силы, действующие на стенки бороздки Вид А 7 А Nг Nг Nв Nв NN в) б) а) А 3 4 1 Рисунок 1. Схема сошника с устройством для фиксации семян 1 – полозовидный сошник;
2 – риджер;
3 – пружина;
4 – уплотнитель;
5 – прикатывающее колесо;
6 – щетка;
7 – высевающий аппарат Прикатывающий каток уплотняет почву после посева. Он обеспечивает копирование поверхности секцией, а также установку сошника на заданную глубину посева. Щетка, установленная за катком, возвращает часть сухого слоя сдвинутого риджером и тонким слоем мульчирует поверхность над бороздой.
Разработанная конструкция сошника обеспечивает заделку семян во влажный слой почвы с последующей их фиксацией за счет уплотнения стенок бороздки. В результате этого всходы появляются на два - четыре дня раньше, чем при обычном способе посева, а это позволяет на две недели раньше получить урожай бахчевых.
При разработке теоретической части нами были приняты условия для упрощения отдельных зависимостей и приведения динамической системы к классическим системам.
1. Сошник - это маятник движущийся в диссипативной среде.
2. Колебания сошника равномерно-затухающие.
3. При наличии зазоров в параллелограммной подвеске, при работе сошника, он переходит в одноповодковую шарнирную систему.
4. Существует возмущающая сила от подпружиненного уплотнительного катка, которая вызывает вынужденные колебания сошника.
f j C C y lу P/ V y Pn х Nk Rk l P/ 2 / O Rу y G G lc O jc hk jk Ok / Z b K R Tk n / Ok G Ve x B k M Va VM Vy Vr D C lk Рисунок 2. Схема изменения положения сошника в вертикальной плоскости При работе сошника в реальных условиях из-за зазоров в верхнем шарнире сошник изменяет свое положение и в этом случае появляется центр поворота сошника относительно верхнего звена, а при повороте сошника по часовой стрелке или в противоположную сторону система переходит в одношарнирную поводковую. Шарнирами становятся нижние точки подвески. Перемещение сошника в горизонтальной и вертикальной плоскостях от действия на него сил представлено на рисунке 2.
Для составления дифференциального уравнения разместим пространственную систему координат в точке мнимого шарнира О /, относительно которого поворачивается вся конструкция.
Судя по схеме, дифференциальное уравнение поворота сошника относительно горизонтальной подвижной OZ будет представлено моментами от внешних сил G, Rn, RK. Поскольку сама система координат совершает движение за счет сил инерции, то силы от ускорения Кариолиса, отсутствуют. На схеме (рис.
2), приняты следующие обозначения:
с угол поворота сошника относительно точки О /, рад;
V – скорость движения агрегата, м/с;
Р/2 – тяговое усилие, действующее со стороны бруса на поводок секции, Н;
x, y, z – оси координат;
– угол между поводком секции и вертикальной составляющей, рад;
G – вес секции, Н;
Pn – сила действия пружины, Н;
Rk – сила действующая со стороны почвы на уплотнитель, Н;
Rn – сила, действующая со стороны почвы на пяту сошника, Н;
lG – расстояние от точки приложения веса секции до точки мнимого шарнира О/, м;
hk – расстояние от центра уплотнителя (точка Ок) до точки О/, м;
b – расстояние от точки О/ до точки приложения силы Rn, м;
lc – расстояние между шарнирами крепления поводков к секции сеялки, м;
Vе, Va, VM, Vy, Vr – составляющие скоростей пяты, возникающие при колебаниях сошника, м/с;
угол между вектором скорости Ve и реакцией Rn.
Дифференциальное уравнение поворота секции сошника относительно OZ может быть записано:
•• J Z C = M Z (G ) + M Z ( Rn ) + M Z ( R K ), (1) где: J Z момент инерции сошника относительно оси OZ, Н·м;
М Z (G ) момент инерции, возникающий вследствие действия веса сошника, Н·м;
М Z ( Rn ) момент инерции, возникающий вследствие действия почвы на пяту сошника, Н·м;
М Z ( R K ) момент инерции, возникающий вследствие действия почвы на уплотнитель, Н·м.
Зная направления всех сил, а также соответствующие плечи относительно центра поворота O /, представленные на рисунке 3, уравнения моментов (1) могут быть записаны :
• • l l C b C b C b = R b 2 2, M Z Rn = Rn (2) VM tg VM tg n C M Z N K = [C ( µ + l 2 C ) + GK ] l K, (3) M Z (TK ) = [C ( µ + l 2 C ) + GK ] hK, (4) M Z (G ) = G lG, (5) где: С жесткость пружины уплотнителя, Н/м;
удлинение пружины, м;
µ коэффициент, учитывающий соотношение плеч рычага КОК ;
коэффициент пропорциональности, связывающий силу TK и силу N K ;
l 2 расстояние от точки крепления поводка уплотнителя О1 до центра уплотнителя ОК, м.
Составим уравнение, описывающее затухающие колебания, к которым, в связи с физическим пониманием, относится процесс работы сошника.
lc b 2 + c l 2 (k + k ) l R = 0, •• • R c + n b (6) Vm tg c 1 2 c y y JZ JZ где: k1 и k 2 - коэффициенты, учитывающие соотношение плеч l k и hk к расстоянию l 2 соответственно.
В конструкции сошника его связь с прикатывающим катком является односторонней, поэтому подъем опорного катка обеспечивает подъем сошника, а последующее перемещение сошника происходит вниз за счет его веса.
Представим схематично работу опорного катка совместно с сошником (рис. 3) A = rk sin w t, (7) где: rK расстояние от то центра уплотнителя до точки крепления поводка, м;
А – амплитуда колебаний катка, м.
Определим угол с w1 rk sin w1 t с = arccos. (8) Vm tg rk A1t w Рисунок 3. Схема к определению амплитуды перемещения центра катка и поворота сошника Изменение угла c будет напрямую зависеть от амплитуды A. Подставив экспериментальные данные в уравнение (8), можно определить угол поворота сошника вокруг мнимого шарнира, а значит и вертикальное перемещение, т.е.
изменение глубины заделки семян (рис. 5). Из графика (рис. 5) видно, что чем меньше расстояние от точки крепления сошника до пяты, тем меньше отклонения сошника от заданной глубины посева семян.
Если полученное выражение продифференцировать по dt, то можно определить угловую скорость и угловое ускорение перемещения сошника:
w1 rk cos w1 t • с =, (9) V tg 2 w12 rk2 sin 2 w1 t m Vm tg 2 w12 rk •• c = w r sin w1 t. (10) 1k Vm tg 2 w12 rk2 sin 2 w1 t (Vm tg 2 w12 rk2 sin 2 w1 t ) 2 Жесткость пружины найдем из выражения:
lc b •• • J Z l y R y J Z Rn b Vm tg c c=. (11) l 2 ( k1 + k 2 ) c Подставив в полученное выражение (11) экспериментальные значения, можно найти необходимую жесткость пружины в точках перегиба (рис. 4).
Vm=1,8 м/ с Vm=1,4 м/ с Vm =1м/ с tс 0. 0. 1. 0. 1.53 0. 1.52 0. 0. 1.51 0.960 0. 0.958 0. 1. 0.956 0. 1. 1.48 0. 0. 1.47 0.952 0. 0. 1.46 0. 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 c Н/ см Рисунок 4. Влияние жесткости пружины уплотнителя на время затухания колебаний сошника При работе уплотнителя почва с боков открытой борозды захватывается клинообразными дисками и за счет подрезания и уплотнения боковых стенок происходит заделка семени. Это достигается ее смещением в поперечном направлении, при этом продольный сдвиг исключен. Процесс уплотнения сопровождается осадкой почвы за счет ее деформации (рис.6), элементарная работа деформирования почвы может быть записана в виде:
dA = P da, (12) где: P усилие деформирования, Н;
da бесконечно малая величина деформации, м.
Полная работа деформации при уменьшении высоты слоя от начального a до определенного a может быть записана:
a A = P da. ( 13) a hn см.
4. 3. 3. 2. 2..
.
0. f 5432 1 с r п = 0.34 м r п = 0.25 м Рисунок 5. Вертикальное перемещение сошника в зависимости от угла поворота вокруг мнимого шарнира Учитывая что величина работы имеет абсолютное значение, пределы интегрирования могут быть представлены без нарушения физического смысла:
a А = P da. ( 14) a Полученное выражение представляет собой работу деформирования, представленную в общем виде.
Если предположить, что площади поперечных сечений уплотняемой почвы в процессе работы катка не изменяются, то из условия постоянства объема можно записать:
V F=, (15) a где: F площадь поперечного сечения уплотняемой почвы, м2;
V постоянный объем уплотняемого тела, м3.
Учитывая это условие можно записать:
a da A =V P. (16) a a Величина P в выражении (16) переменная и зависит от a, т.е. P за знак интеграла вынести нельзя, однако, если воспользоваться понятием о среднем значении, то можно записать:
a da А = Pср V, (17) a a где: Pcp - некоторое среднее значение удельного усилия в промежутке от a0 до a.
С учетом представленного, проинтегрировав выражение (16), получим:
a A = Pcp V ln. (18) a a В выражении (18) V ln - абсолютная величина смещенного объема Vc и a тогда A = Pcp Vc.
a b D D b a/ Рисунок 6. Схема процесса уплотнения Для определения Pср воспользуемся некоторыми рассуждениями по воздействию различных рабочих органов на деформируемый материал (рис. 6.) Исходя из указанных рассуждений, удельное давление равно напряжению текучести почвы, отсюда:
A = qc Vc, (19) где: qc коэффициент сопротивления почвы смятию, Н/м2.
Определим удельное сопротивление при постоянном напряжении текучести почвы qc для правильной призмы в виде треугольника:
fK b Pс = q c (1 + ), (20) 3a где: f K - коэффициент трения качения катка по почве;
D b высота треугольника, равная K D0 / 2 / sin.
2 Если в формулу (18) подставить значения, то:
DK f K ( 2 D0 / 2) / sin da a, (21) A = qc V 1 + a a a интегрируя полученное выражение определим:
Dk D0 / 2 f a / a0.
A = Pc V ln a + k (22) 3 a sin Если подставить пределы интегрирования, то:
a f b b A = Pc V ln 0 + k 0, (23) 3 a a a где: b0 изначальное значение высоты, м.
Сила, с которой каток должен воздействовать на почву, определится исходя из выражения:
a f b b Pc V ln 0 + k 3 a a a A + Gn 2 + 2 Gn sin(90 ) G y + G y 2 sin / 2, P= = (24) a a0 a где: a глубина, на которой совершена работа по смятию почвы, м.
Полученная величина силы P будет обеспечиваться весом катка Gk и усилием от пружины, значение которой определено выражением (12).
Одним из важнейших показателей технологии посева бахчевых культур является поддержание глубины высева семян (при ее изменении) в пределах агротехнического допуска.
Равномерность заделки семян по глубине в большой степени зависит от устойчивости хода сошника сеялки и уплотнителя.
При поступательном движении агрегата на уплотнитель действуют, следующие силы: вес системы Gк, приложенный в центре тяжести C ;
давление заглубляющей пружины Р р вдоль штанги;
тяговое усилие P, проходящее через шарнир подвеса к сошнику и результирующая сил сопротивления почвы Rк (рис.
7).
Для определения влияния конструктивных параметров системы на устойчивость хода уплотнителя в вертикальной плоскости при случайном характере воздействия реакции почвы, было составлено уравнение Лагранжа второго рода.
Примем за обобщенную координату угловое перемещение поводка системы с и получим:
d dZ dZ d = Pn, (25) dt d.
с с где : Z = T U - функция Лагранжа;
T - кинетическая энергия системы;
U потенциальная энергия системы;
Pn обобщенные силы.
T = mv + J 0 c.
(26) 2 Для нашего случая:
(ml )..
+ J 0 с + Cl р с = Pn.
2 (27) c Pп Pп O O 0 l L lp a P P O O Y l b b Vt fc Y Y lк l C C Gк Gк R Rк f к к fк X Рисунок 7. Схема сил, действующих на уплотнитель Обозначив постоянные значения в уравнении (27) через коэффициенты AK, B, получим в окончательном виде выражение среднеквадратического отклонения хода уплотнителя:
[( ] ) ( ) l к2 R B 2 Aк 7 2 2 B 2 8 Aк 2 2 2 = {[ }. (28) )] ( 2 B + Aк + 4 Aк B 2 2 Решая это выражение, получим графическое представление о влиянии жесткости пружины на устойчивость хода уплотнителя, характеризующее среднеквадратическое отклонение глубины заделки семян (рис. 8).
2 3 5 1 NN 20 30 40 50 60 C н/ см sд sд fра fра V м/ с NN 1 0. 0.01 2 3 4 0. 0. 6 0 С н/ см 40 60 V м/ с 1 2 2. 1. Рисунок 8. Влияние жесткости пружины на устойчивость хода уплотнителя В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований перемещений сошника пропашной сеялки» в соответствии с задачами исследований были включены следующие вопросы:
- проведение поисковых экспериментов;
- определение некоторых физико-механических свойств почвы, характерной для основных бахчеводческих районов Волгоградской области;
определение качественных показателей работы сошников сеялки СУПН-8 на посеве семян бахчевых культур в зависимости от скорости движения;
- определение гребнистости поверхности почвы после прохода сошника;
- определение изменения глубины заделки семян в почву.
Лабораторно-полевые опыты проводились в 2004-2006 гг. на опытном поле в учхозе «Горная Поляна» Волгоградской области с семенами арбузов «Холодок»
и «Землянин» на светло-каштановых почвах в богарных условиях.
Изучение качественных показателей работы сошника в зависимости от скорости движения и технологический процесс заделки семян почвой производились в лабораторных условиях в почвенном канале кафедры с.-х.
машин, при помощи специальной установки (рис. 9). Для изучения параметров, влияющих на устойчивость хода сошника, на него были установлены реохордные датчики, которые позволили записывать одновременно изменение положения сошника (5 точек) и уплотнителя (1 точка). При движении сошника в почве, нити, которые одним концом крепились на нем, а другим на диске датчика, меняли свою длину, таким образом, диск датчика поворачивался и менял в нем сопротивление (к датчику подводилось напряжение 3 В). Эти изменения фиксировал специальный модуль, после чего данные передавались на ЭВМ и представлялись графически. Таким образом, определялось перемещение различных точек сошника в вертикальной плоскости и соответственно изменение глубины заделки семян.
2 6 1 4 5 Рисунок 9. Общий вид и схема установки для проведения опытов 1 – рельсы, 2 – брус крепления секции сеялки, 3 – датчики, 4 – сошник, 5 – опытная секция сеялки, 6 – тележка, 7 – уплотнитель 8 – риджер В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований работы модернизированного сошника пропашной сеялки» представлены основные показатели работы сошника в виде графиков, таблиц и проводится их анализ.
Послойное вскрытие борозд в день посева позволило, кроме средней глубины посева, определить и распределение семян по почвенным горизонтам.
Результаты проведенного опыта показаны на графике (рис. 10) n% 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 hсм при скорости 1 м/ с при скорости 2 м/ с при скорости 3 м/ с Рисунок 10. Частота укладки семян в зависимости от глубины заделки и скорости сошника (глубина заделки 4 см) Из рисунка видно, что с увеличением скорости движения ухудшается компактность заделки семян по почвенным горизонтам. Разброс по горизонтам значительно увеличивается при скорости движения 3 м/с. Коэффициент вариации глубины заделки семян составляет: при скорости 1 м/с – 18,6%, при скорости 2м/с - 21% и при скорости 3 м/с - 34%.
На работу сошника основное влияние оказывает уплотнитель. Для выявления влияния предпосевной обработки на колебания уплотнителя проводились лабораторные опыты по вспаханной почве с оборотом пласта и без оборота пласта с одновременной записью на ЭВМ.
Результаты вычислений изменения колебаний в функции скорости на различных фонах предпосевной обработки приведены на рисунке 11а.
Установлено, что на почве с оборотом пласта колебание уплотнителя с ростом скорости происходит менее интенсивно, чем на почве без оборота пласта. Это вызвано тем, что при обороте пласта создается более однородный по механическому составу слой. При этом снижаются колебания уплотнителя в вертикальной плоскости, что подтверждается данными по коэффициенту вариации (табл. 2).
Из таблицы 2 видно, что коэффициент вариации колебаний уплотнителя на почве с оборотом пласта, как правило, на 10-15% ниже, чем при обработке почвы без оборота пласта.
hм 0, 0, 0, 0, V м/ с 2, 1.5 2. предпосевная обработка с оборотом пласта, вдоль рядка предпосевная обработка с оборотом пласта, поперек рядка предпосевная обработка без оборота пласта, вдоль рядка предпосевная обработка без оборота пласта, поперек рядка а) Изменение колебаний хода уплотнителя от скорости движения hм 0, 0, 0, 0, а% 10 20 25 скорость 1 м/ с а % - влажность почвы скорость 1,5 м/ с h - глубина заделки семян скорость 2 м/ с скорость 3 м/ с б) Изменение колебаний хода уплотнителя в зависимости от влажности почвы Рисунок 11. Изменение глубины хода уплотнителя Таблица Изменение коэффициента вариации колебания уплотнителя в зависимости от скорости движения на различной предпосевной обработке почвы.
Коэффициент вариации при Характер предпосевной обработки почвы скорости движения 1 м/с 2 м/с 3 м/с С оборотом пласта поперек рядка 18,6 22,8 29, С оборотом пласта вдоль рядка 16,2 19,4 26, Без оборота пласта поперек рядка 22 26,1 Без оборота пласта вдоль рядка 21,4 23,1 32, Влажность почвы также влияет на ход уплотнителя (рис 11б). При влажности почвы около 25% на диски уплотнителя начинает налипать почва, в результате его колебания увеличиваются.
l l l l l h см плечо, м 0. 0.20 0. 0.15 0. h - глубина заделки семян скорость 1 м/ с скорость 1.5 м/ с скорость 2 м/ с скорость 3 м/ с Рисунок 12. Изменение колебаний различных точек сошника в зависимости от длины звеньев В результате лабораторных испытаний было также установлено, что глубина заделки зависит не только от скорости движения сошника и от давления заглубляющих пружин, но и от места расположения семяпровода в сошнике. На сошнике были установлены 5 реохордных датчиков, которые показывали изменение глубины каждой точки сошника. Оказалось что задняя часть сошника при движении меняет свое положение относительно передней в среднем на 9 – мм., при этом глубина посева семян уменьшается и они укладываются в сухой слой почвы (рис. 12). Такая разница между показаниями датчиков может объясняться тем, что в соединениях параллелограммной подвески используются втулки, которые в сопряжении с осями имеют зазоры. При движении сошника на него действует сила реакции почвы, при этом сошник отклоняется назад, а суммарный зазор всех соединений позволяет подняться его задней части. Так как датчики расположены в разных частях сошника, то можно найти участок, где отклонение имеет допустимое значение в пределах агротехнических требований.
2006 год 2005 год a% 1 2 3 4 5 6 7 h см 1 2 3 4 5 6 7 h см а) Изменение влажности при различной глубине заделки семян.
а% - влажность почвы h - глубина заделки % 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 n б) Изменение всхожести семян сошник с устройством для фиксации семян стандартный сошник n - количество дней после посева % взошедших семян Рисунок 13. Результаты полевых испытаний сошников Это участок находится между вторым и третьим датчиками. Т.е. эта часть сошника при движении идет с наименьшим отклонением от заданной глубины.
Учитывая этот результат, нами был изготовлен более короткий сошник.
Полевыми опытами, проведенными в 2005 – 2006 гг. было установлено, что влажность почвы в рядках на различной глубине после посева стандартным и сошником с устройством для фиксации семян неодинакова (рис. 13). Это является следствием того, что стандартный сошник, при посеве смешивает верхние (сухие) слои почвы с нижними (влажными), тогда как сошник с устройством для фиксации семян лишен этого недостатка. Таким образом, влага сохраняется в почве при посеве, что крайне необходимо.
Семена, попавшие во влажный слой почвы и находящиеся с ней в плотном контакте, дают более ранние всходы, чем семена, посеянные стандартным сошником.
В пятой главе «Определение основных экономических показателей при использовании сошника с устройством для фиксации семян» проведен сравнительный анализ экономической эффективности посевного агрегата СУПН – 8, оборудованного серийным сошником и модернизированным сошником с устройством для фиксации семян в бороздке.
Расчетами установлено, что, несмотря на дополнительные капиталовложения на модернизацию одного агрегата, прирост чистого дохода составил 1620 руб. на 1 Га., за счет получения более раннего урожая.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. В настоящее время конструкции сошников существующих сеялок для посева семян бахчевых культур не позволяют обеспечить равномерную их заделку по глубине, что негативно отражается на сроках появления всходов и их качестве, кроме того, при заделке семян происходит их сдвиг вдоль бороздки и, как следствие, нарушение площади питания растений.
2. Полученные дифференциальные уравнения работы сошника и результаты их решения числовыми методами с применением программы Mathcad позволяют утверждать, что при имеющихся зазорах в шарнирах параллелограммной системы подвески она переходит в одноповодковую шарнирную. При этом время затухания колебаний при скорости V=1 м/с t=[0.63;
0,639];
при скорости V=1.4 м/с t=[0.95;
0.966];
при V=1.8 м/с t=[1.46;
1,54].
3. Теоретическими исследованиями установлено что, при большей жесткости пружины уплотнителя и большей скорости движения сошника время затухания колебаний увеличивается, а при увеличении скорости от 1 м/с до м/с время затухания колебаний возрастает в 2,5 раза.
4. Изменение угла наклона стандартного сошника относительно вертикальной плоскости в результате появления зазоров в шарнирах приводит к изменению разности глубины посева семян, которая достигает ±4 см. Однако при уменьшении длины звеньев крепления сошника можно достичь изменения глубины заделки семян в пределах агротехнических требований до ±0,5 см.
5. Для проведения лабораторных исследований использовался современный научно-исследовательский комплекс, включающий в себя датчики, компьютер типа Note Book и электронный модуль Е – 440, который позволил с высокой точностью получить результаты наблюдения перемещений сошника в вертикальной плоскости.
6. При посеве стандартным сошником распределение семян по почвенным горизонтам увеличивается с ростом скорости и достигает 34 %, что вызывает неравномерность появления всходов, а модернизированный сошник снижает этот показатель до 9…11 %.
7. Опытами установлено, что при посеве стандартным сошником происходит перемешивание влажных и сухих слоев почвы, что ухудшает всхожесть семян, а при использовании предлагаемого сошника всходы появляются на 2 – 3 дня раньше, что позволяет получить более ранний урожай.
8. Скорость движения агрегата с сеялкой, оборудованной модернизированным сошником, не должна превышать 1,8 м/с, ее дальнейшее увеличение приводит к росту колебаний сошника и нерегулируемому изменению глубины заделки семян.
9. При скорости до 1,8 м/с жесткость пружины уплотнителя должна быть в пределах от 10 до 45 Н/см;
при таких параметрах время затухания колебаний сошника составляет от 0,63 до 1,54 с, а разность по глубине заделки семян находится в пределах агротехнических требований и не превышает ±0,5 см.
10. При использовании модернизированного сошника прирост чистого дохода составляет 1620 руб. на 1 Га.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 1. Для посева семян бахчевых культур в хозяйствах Волгоградской области, необходимо использовать сошник с устройством для фиксации семян, который обеспечивает их высев по глубине в пределах агротехнических требований, за счет уменьшения его колебаний в вертикальной плоскости.
2. Риджеры, для снятия сухого слоя почвы, должны устанавливаться на расстоянии не более 15 см от пяты сошника.
Список работ, опубликованных по теме диссертации:
1. Беляков, А.В. Результаты полевых испытаний устройства для фиксации семян в бороздке / А.В. Беляков // Материалы Х региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области. Волгогр. гос. с.-х. акад. – Волгоград, 2006. – С. 44.
2. Цепляев, А.Н. Обзор теоретических и экспериментальных исследований, проведенных по изучению работы сошников / А.Н. Цепляев, А.В. Беляков, И.С. Мартынов // Актуальные проблемы развития АПК: Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 60 летию Победы в Великой Отечественной войне. Волгогр. гос. с.-х. акад. – Волгоград, 2005. – С. 101 – 103.
3. Цепляев, А.Н. Сошник с фиксацией семян / А.Н. Цепляев, А.В. Беляков, И.С. Мартынов // Сельский механизатор. – 2005. - №6 – С. 13.
Шапров, М.Н. Разноглубинный посев – устойчивые всходы и 4.
гарантированный урожай / М.Н. Шапров, И.С. Мартынов, А.В. Беляков // Вестник АПК. – 2005. - №12. – С. 27 – 28.
5. Шапров, М.Н. Сеялка для разноглубинного посева / М.Н. Шапров, И.С.
Мартынов, А.В. Беляков // Сельский механизатор. – 2006. - №3. – С. 6.
6. Цепляев, А.Н. Сошник с устройством для фиксации семян в бороздке / А.Н. Цепляев, А.В. Беляков, М.Н. Шапров, В.Г. Абезин // Патент №2274990. Приоритет изобретения 9.11.04. Опубликован 27.04.06. Заявка №2004132643.
7. Цепляев, А.Н. Модернизированный сошник сеялки СУПН -8 / А.Н.
Цепляев, А.В. Беляков // Вестник Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии. – 2006. - №1(1). – С. 45-