CC BY
27
УДК 631.331.022
ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА ДЛЯ ВЫСЕВА СЕМЯН МАСЛИЧНЫХ МЕЛКОСЕМЕННЫХ КУЛЬТУР
В. Н. Кувайцев, канд. техн. наук; Н. П. Ларюшин, доктор техн. наук, профессор; А. М. Петров*, канд. техн. наук, профессор; Т. А. Кирюхина, канд. техн. наук, доцент;
С. П. Лысый, аспирант
ФГБОУ ВО Пензенская ГСХА, Россия, т. (8-8412) 62-85-17, e-mail: skorpionus2008@rambler.ru; *ФГБОУ ВО Самарская ГСХА, Россия, т. +7 (84663) 46 1 31, e-mail: Petrov_AM@ssaa.ru
При возделывании мелкосеменных масличных культур наиболее важной операцией является посев. Соблюдение агротехнических требований позволит получить высокий урожай, снизить затраты труда, повысить экономию денежных средств. Для получения высокого и стабильного урожая высевающие аппараты должны равномерно распределять семена по длине рядка при минимальном травмировании посевного материала, точно настраиваться на малые нормы высева, высевать семена различных размерных характеристик.
Высевающие аппараты, применяемые на современных сеялках, не в полной мере отвечают агротехническим требованиям при посеве. Во время их работы наблюдается пульсирующий высев семян, в результате чего неравномерность распределения семян по длине рядка увеличивается, проявляется неустойчивость высева, что приводит к снижению урожайности мелкосеменных масличных культур [1, 2].
Авторами предлагается новая конструкция высевающего аппарата с катушкой, выполненной в виде шайбы с мелкозубчатым профилем. Дано описание лабораторной установки. Для расчета основных параметров конструкции высевающего аппарата проведен многофакторный эксперимент. Экспериментальные исследования выполнены согласно методике, соответствующим требованиям руководящих документов, сделаны выводы.
Ключевые слова: высевающий аппарат, шайба, распределение семян по длине рядка.
Введение.
Анализируя работу современных конструкций высевающих аппаратов, можно сделать вывод о том, что при их использовании не соблюдается установленная норма высева, повышается неравномерность распределения семян мелкосеменных масличных культур по длине рядка. Все это приводит к снижению урожайности культуры.
Нами предлагается катушечный высевающий аппарат (заявка в ФИПС № 2016107517 от 1.03.2016 г. на патент «Катушечный высевающий аппарат для высева мелкосеменных культур»), разработанный в ФГБОУ ВО Пензенская ГСХА, предусматривающий исключение указанных недостатков и повышение урожайности культуры за счет уменьшения травмирования семян, улучшения равномерности распределения семян по длине рядка, снижения трудоемкости выполняемых работ при переходе на посев другой мелкосеменной культуры, повышения надежности работы высевающего аппарата, снижения расхода семян, строгого выполнения установленной нормы высева [3, 4].
Описание лабораторной установки.
Технологический процесс работы высевающего аппарата с катушкой, выпол-
ненной в виде шайбы с мелкозубчатым профилем, зависит от ряда факторов и оказывает влияние на неравномерность распределения семян по длине рядка. Лабораторные исследования экспериментальной установки проводились на почвенном канале (рис. 1, 2) с применением методики планирования многофакторного эксперимента и с использованием методов СТО АИСТ 5.62010 «Сеялки тракторные. Методы испытаний» согласно ГОСТ 31345-2007 [7-9].
Лабораторная установка (рис. 1) состоит из почвенного канала 18 и тележки 1. На раме тележки 1 смонтирован бункер 7 для семян, экспериментальный высевающий аппарат 8 крепится к нижней части бункера 7. По семяпроводу 9 семена поступают в дисковый сошник 10, закрепленный на нижней части рамы тележки 1. Дисковый сошник 10 устанавливается так, чтобы его диски практически не касались липкой ленты 12. Липкая лента 12 представляет собой прямоугольный щит с квадратами размером 2,5x2,5 см. С помощью пульта управления 19 производится включение и отключение установки. ПЧВ 6 необходим для изменения частоты вращения вала привода экспериментального высевающего аппарата 8. Движение приводной тележки 1 осуществляется посредством троса 17 и си-
Нива Поволжья № 4 (41) ноябрь 2016 89
Рис. 1. Схема лабораторной установки для определения неравномерности распределения семян мелкосеменных масличных культур по длине рядка: 1 - тележка; 2 - мотор-редуктор; 3, 4, 15 - цепные передачи; 5,14 - электродвигатели; 6 - ПЧВ; 7 - бункер; 8 - высевающий аппарат с катушкой, выполненной в виде шайбы с мелкозубчатым профилем; 9 - семяпровод; 10 - дисковый сошник; 11 - колесо тележки; 12 - липкая лента; 13 - ролик; 16 - система полиспастов; 17 - трос; 18 - почвенный канал;
19 - пульт управления установкой
стемы полиспастов 16. При этом система полиспастов 16 приводится в действие через цепную передачу 15 от электродвигателя 14. Вращение вала экспериментального высевающего аппарата 8 производит-
ся посредством цепных передач 3, 4 от мотор-редуктора 2 и электродвигателя 5.
При исследовании параметров экспериментального высевающего аппарата устанавливали опытный образец катушки в
7_
Рис. 2. Общий вид лабораторной установки для определения неравномерности распределения семян мелкосеменных масличных культур по длине рядка: 1 - тележка; 2 - мотор-редуктор; 3,4,15 - цепная передача; 5,14 - электродвигатели; 6 - ПЧВ; 7 - бункер; 8 - высевающий аппарат с катушкой, выполненной в виде шайбы с мелкозубчатым профилем; 9 - семяпровод; 10 - дисковый сошник; 11 - колесо тележки; 12 - липкая лента; 13 - ролик; 16 - система полиспастов; 17 - трос; 18 - почвенный канал
а)
б)
Рис. 3. Экспериментальный высевающий аппарат с катушкой, выполненной в виде шайбы с мелкозубчатым профилем: а) с закрытым донцем; б) с открытым донцем; 1 - шайба с мелкозубчатым профилем
высевающий аппарат 8 и заполняли бункер 7 семенным материалом. Семенной материал должен заполнять бункер 7 не менее чем на % части. Посредством ПЧВ 6 регулировали частоту вращения вала привода экспериментального высевающего аппарата 8, посредством пульта управления 19 запускали привод тележки 1. При вращении катушки экспериментального высевающего аппарата 8 семена поступали через семяпровод 9 в дисковый сошник 10 и укладывались на поверхность щита 12 [11].
При планировании эксперимента в качестве объекта исследования выбирался критерий оптимизации. Данный критерий объединяет исследуемые факторы в математическую модель. Выбор критерия оптимизации является важным условием при проведении эксперимента. Главным критерием оптимизации является неравномерность распределения семян мелкосеменных масличных культур по длине рядка (коэффициент вариации V, %) [5, 6].
При исследовании процесса высева семян масличных мелкосеменных культур высевающим аппаратом с катушкой, выполненной в виде шайбы с мелкозубчатым профилем (рис. 3), были отобраны 8 основных факторов, которые характеризовали конструктивно-кинематические параметры экспериментального высевающего аппарата, технологические условия процесса работы, влияющие на неравномерность распределения семян мелкосеменных масличных культур по длине рядка [10].
С целью сокращения общего объема опытов проводили отсеивающий эксперимент, по результатам которого получали информацию о значимости каждого параметра.
Данные исследования позволили исключить из дальнейшего рассмотрения малозначимые факторы и сократить объем дальнейших исследований. На основании результатов отсеивающего эксперимента было выбрано три основных наиболее значимых фактора: угол между плоскостями симметрии двух соседних пирамид одного ряда шайбы с мелкозубчатым профилем (а), частота вращения шайбы с мелкозубчатым профилем (п), зазор между шайбой с мелкозубчатым профилем и утолщением (с) [12-15].
В результате обработки в программе <^Эа^Эюа 6,0» получили адекватную модель второго порядка, описывающую зависимость / ,п,с в закодированном ви-
де:
34,83911 0,39900 х 0,80500 х2 0,42200 х3 2,10611 х? 1,9361 1 х22 1,05111 х32 0,80750 б!х2 0,73000 хх3 0,89500 х2 х3.
(1)
После некоторых преобразований выражения (1) получили уравнения для определения трех факторов, обеспечивающих оптимальное значение коэффициента вариации:
Нива Поволжья № 4 (41) ноябрь 2016 91
Рис. 4. Двухмерное сечение, характеризующее зависимость неравномерности распределения семян мелкосеменных масличных культур по длине рядка (V) от зазора между шайбой с мелкозубчатым профилем и утолщением (с) и частоты вращения шайбы с мелкозубчатым профилем (ч)
4,21222х1 0,80750:г2 0,73000х3 0,39900 0;
Сх1
0,80750х. 3,87222*, 0,89500х3 0,80500 0; (2)
Сг2
0,730006, 0,895006 2,10222х3 0,42200 0.
Сх3
При дальнейшем исследовании приравнивали к нулю фактор Х1 и после подстановки его в уравнение (1) получили:
34,83911 0,80500 х2 0,42200 х3 1,93611 х22 1,05111 х32 0,89500 х2х3.
(3)
После некоторых преобразований уравнения (3) представим частные производные по каждому из двух факторов:
Су
Сх2
Су
Сх~
3,87222х2 0,89500х3 0,80500 0;
0,89500х2 2,10222х3 0,42200 0.
(4)
При решении данной системы линейных уравнений использовался метод Гау-са. Расчетные значения исследуемых факторов п, с представлены на двухмерном сечении (рис. 4).
Аналогично, приравнивая к нулю фактор Х2, после подстановки его в уравнение (1) получили:
34,83911 0,39900 х1 0,42200 х3 2,10611 х2 1,05111 х32 0,73000х1х3.
(5)
После некоторых преобразований уравнения (5) получили
— 4,21222х1 0,73000х3 0,39900 0;
Сх1
Су Сх3
(6)
0,73000х1 2,10222х3 0,42200 0.
Расчетные значения исследуемых факторов а, с представлены на двухмерном сечении (рис. 5).
Аналогично приравнивали к нулю фактор Х3 и после подстановки его в уравнение (1) получили
34,83911 0,39900 х 0,80500 х2 2,10611 х2 1,93611 х22 0,80750 х1х2.
(7)
После некоторых преобразований уравнения (7) получили
Су
4,21222х1 0,80750х2 0,39900 0;
Сх1
0,80750х1 3,87222х2 0,80500 0.
Сх2
(8)
Расчетные значения исследуемых факторов а, п представлены на двухмерном сечении (рис. 6).
С учетом значимости коэффициентов регрессии получили данные математической зависимости неравномерности распределения семян по длине рядка от конструктивных и режимных параметров катушечного высевающего аппарата в раскодированном виде (9):
99,5103 3,6959 12,5562 п 3,8878 с
0,0842 2 1,9361 п2 4,2044 с2 0,1615 п 0,2920 с 1,7900 пс.
(9)
а- угол между плоскостями симметрии двух соседних " л»
пирамид одного ряда шайбы с мелкозубчатым профилем, град
Рис. 5. Двухмерное сечение, характеризующее зависимость неравномерности распределения семян мелкосеменных масличных культур по длине рядка (V) от зазора между шайбой с мелкозубчатым профилем и утолщением (с) и угла между плоскостями симметрии двух соседних пирамид одного ряда шайбы с мелкозубчатым профилем (а)
>х . I £ з
± 4
\\
/ /
1 / /
1 1
\
У /
\...........................\ 36
38
Ч 40 ;
\д\\ / / /
18
23
28
а - угол между плоскостями симметрии двух соседних пирамид одного ряда шайбы с мелкозубчатым профилем, град
— 44
— 42 40
38
— 36
Рис. 6. Двухмерное сечение, характеризующее зависимость неравномерности распределения семян мелкосеменных масличных культур по длине рядка (V) от частоты вращения шайбы с мелкозубчатым профилем (ч) и угла между плоскостями симметрии двух соседних пирамид одного ряда шайбы с мелкозубчатым профилем (а)
При этом оптимальные значения параметров (а), (п), (с) в раскодированном виде будут следующими: угол между плоскостями симметрии двух соседних пирамид одного ряда шайбы с мелкозубчатым профилем а=22 град., частота вращения шайбы с мелкозубчатым профилем п=3,2 об./мин, зазор между шайбой с мелкозубчатым профилем и утолщением с=1,9 мм.
Вывод. При реализации трехфактор-ного эксперимента определены интервалы оптимальных значений конструктивных и режимных параметров высевающего аппарата с катушкой, выполненной в виде шайбы с мелкозубчатым профилем: а=20...25 град., п=2,7...3,7 об./мин, с=1,6...2,3 мм. При этом параметр оптимизации соответственно будет составлять V =36 %.
Нива Поволжья № 4 (41) ноябрь 2016 93
Литература
1. Посевные машины. Теория, конструкция, расчет / Н. П. Ларюшин, А. В. Мачнев, В. В. Шу-маев и др.- М.: Росинформагротех, 2010. - 292 е.: ил.
2. Проблема посева масличных мелкосеменных культур / В. Н. Кувайцев, Н. П. Ларюшин, С. П. Лысый и др. // Научно-информационное обеспечение инновационного развития АПК: материалы VII междунар. науч.-практ. конф. - М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2014. - С. 466-470.
3. Ларюшин, Н. П. Теоретические исследования технологического процесса работы высевающего аппарата с катушкой в виде шайбы с мелкозубчатым профилем для высева семян мелкосеменных культур / Н. П. Ларюшин, В. Н. Кувайцев, И. В. Бычков // Нива Поволжья. - 2013. -№ 2 (28). - С. 83-89.
4. Ларюшин, Н. П. Исследование катушечного высевающего аппарата с увеличенным объемом желобков / Н. П. Ларюшин, В. В. Шумаев, А. В. Шуков // Нива Поволжья. - 2015. - № 3 (36). -С. 108-113.
5. Кленин, Н. И. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины / Н. И. Кленин, В. А. Сакун. -М.: Колос, 1994. - 751 е.: ил.
6. Влияние высевающего аппарата на равномерность высева мелкосеменных масличных культур / В. Н. Кувайцев, Н. П. Ларюшин, С. П. Лысый // Образование, наука, практика: инновационный аспект: сб. мат-лов междунар. науч.-практ. конф., посвященной Дню российской науки. -Пенза: РИО ПГСХА, 2015. - С. 12-14.
7. Ларюшин, Н. П. Современные посевные машины / Н. П. Ларюшин. - Пенза: РИО ПГСХА, 2007. - 100 с.
8. Летошнев, М. Н. Сельскохозяйственные машины. Теория, расчет, проектирование и испытание / М. Н. Летошнев. - М.: Госсельхозиздат, 1955. - 764 е.: ил.
9. Мельников, С. В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С. В. Мельников, В. Р. Алешкин, П. М. Рощин. - Л.: Колос, 1980. - 167 с.
10. Ларюшин, Н. П. Сельскохозяйственные машины: методические указания / Н. П. Ларюшин, П. Н. Хорев, А. В. Мачнев. - Пенза: РИО ПГСХА, 2009. - 27 с.
11. Спиридонов, А. А. Планирование эксперимента при исследованиях технологических процессов /А. А. Спиридонов. - М.: Машиностроение, 1981. - 184 с.
12. Веденяпин, Г. В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных / Г. В. Веденяпин. - М.: Колос, 1973. - 199 с.
13. Вольф, В. Г. Статистическая обработка опытных данных / В. Г. Вольф. - М.: Колос, 1966. - 134 с.
14. Математическая статистика / В. М. Иванов, И. А. Холостов, В. М. Кузина и др. - М.: Высшая школа, 1981. - 371 с.
15. Ларюшин, Н. П. Результаты лабораторных исследований аппарата для высева семян мелкосеменных культур / Н. П. Ларюшин, В. Н. Кувайцев, И. В. Бычков // Нива Поволжья. - 2013. -№ 2(27). - С. 88-93.
UDK 631.331.022
LABORATORY TESTING SOWING UNIT FOR PLANTING OIL-BEARING SEEDS
OF SMALL-SEED CROPS
V.N. Kuvaitsev, candidate of technical sciences; N.P. Laryushin, doctor of technical sciences, professor; A.M.Petrov, candidate of technical sciences, professor; T.A. Kirukhina, candidate of technical sciences, assistant professor; S.P. Lysiy, postgraduate student
FSBEE HE Penza SAA, Russia, telephone: (8-8412) 62-85-17, e-mail: skorpionus2008@rambler.ru;
FSBEE HE Samara SAA, Russia, t. +7 (84663) 46 1 31, e-mail: Petrov_AM@ssaa.ru
In cultivation of small-seed oil-bearing crops, the most important operation is the planting. Compliance with agro-technical requirements will provide a high yield, reduction of labor costs, increase monetary savings. To obtain high and stable yields sowing machines must be able to distribute the seeds evenly along the length of the row with minimal injury of seed, be regulated with exact precision to the small seeding rates, sow seeds of different dimensional characteristics.
Sowing machines used in modern sowing machines, do not fully meet the agro technical requirements at sowing. During their operating there observed pulsating seeding, resulting in uneven distribution of seeds along the length of the row, and instability of seeding that leads to a decrease in the yield of small-seeded oil-bearing crops [1, 2].
The authors propose a new design of the sowing machine with coil, made in the form of washers with a fine-toothed profile. The description of the laboratory setup is done in the article. To calculate the main parameters of the design of the sowing unit a multifactorial experiment was conducted Experiments were carried out according to the methodology, the relevant requirements of the guidance documents.
Key words: sowing machine, washer, distribution of seeds along the row length.
References:
1. Sowing machines. Theory, design, calculation / N. P. Laryushin, A. V. Machnev, V. V. Shumayev et al.- M.: Rosinformagrotech, 2010. - 292 p.: Il.
2. The problem of sowing small-seeded oilseed crops / V. N. Kuvaytsev, N. P. Laryushin, S. P. Lysiy et al. // Scientific and information support of innovative development of agriculture: materials of VII Intern. scientific.-pract. conf. -M.: FSBSI "Rosinformagrotech", 2014. - P. 466-470.
3. Laryushin, N. P. Theoretical study of the technological process of operation of the sowing apparatus with the coil in the form of washers with a fine-toothed profile for seeding small-seeded crops / N. P. Laryushin, V. N. Kuvaytsev, I. V. Bychkov // Niva Povolzhya. - 2013. - № 2 (28). - P. 83-89.
4. Laryushin, N. P. Study of the coil sowing unit with the increased volume of grooves / N. P. Laryushin, V. V. Shumayev, A. V. Shukov // Niva Povolzhya. - 2015. - № 3 (36). - P. 108-113.
5. Klenin, N. I. Agricultural and reclamation machines / N. I. Klenin, V. A. Sakun. - M.: Kolos, 1994. -751 p.: Il.
6. The influence of the sowing unit on the uniformity of seeding small-seeded oilseed crops / V. N. Kuvaytsev, N. P. Laryushin, S. P. Lysiy // Education, science, practice: innovative aspect: sat materials Intern. scientific.-pract. conf. dedicated to the Day of Russian science. - Penza: EPD PSAA, 2015. - P. 12-14.
7. Laryushin, N. P. Modern sowing machines / N. P. Laryushin. - Penza: EPD PSAA, 2007. - 100 p.
8. Letoshnev, M. N. Agricultural machines. Theory, calculation, design and testing / M. N. Le-toshnev. - M.: Rosselkhozizdat, 1955. - 764 p.: ill.
9. Melnikov, S. V. Experiment planning in researches of agricultural processes / S. V. Melnikov, R. V. Aleshkin, P. M. Roshchin. - L.: Kolos, 1980. - 167 p.
10. Laryushin, N. P. Agricultural machines: guidelines / N. P. Laryushin, P. N. Horeyev, A. V. Machnev. - Penza: EPD PSAA, 2009. - 27 p.
11. Spiridonov, A. A. Planning of experiment in research of technological processes /A. A. Spiri-donov. - M.: Mashinostroeniye, 1981. - 184 p.
12. Vedenyapin, G. V. General methods of experimental research and processing of experimental data / G. V. Vedenyapin. - M.: Kolos, 1973. - 199 p.
13. Wolf, V. G., Statistical processing experimental data / V. G. wolf. - M.: Kolos, 1966. - 134 p.
14. Mathematical statistics / V. M. Ivanov, I. A. Kholostov, V. M. Cuzina et al. - M.: Higher school, 1981. - 371 p.
15. Laryushin, N. P. The results of laboratory studies of apparatus for seeding small-seeded crops / N. P. Laryushin, V. N. Kuvaytsev, I. V. Bychkov // Niva Povolzhya. - 2013. - № 2(27). - P. 88-93.
УДК 631.331.022
ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО ДВУХДИСКОВОГО СОШНИКА ДЛЯ ПОСЕВА СЕМЯН МЕЛКОСЕМЕННЫХ МАСЛИЧНЫХ КУЛЬТУР
В. Н. Кувайцев, канд. техн. наук; Н. П. Ларюшин, доктор техн. наук, профессор;
Ю. А. Савельев*, доктор техн. наук, профессор; И. Е. Карасёв, аспирант;
Т. А. Кирюхина, канд. техн. наук
ФГБОУ ВО Пензенская ГСХА, Россия, т. (8-8412) 62-85-17, e-mail: sha_penza@mail.ru;
ФГБОУ ВО Самарская ГСХА, Россия, т. 89270017563
Приведены результаты исследований по повышению качества посева семян мелкосеменных масличных культур, а именно повышению равномерности распределения семян по глубине заделки в борозду и по длине рядка при посеве, так как эти параметры оказывают существенное влияние на получение стабильных высоких урожаев. Описаны методика и результаты лабораторных исследований комбинированного двухдискового сошника, а также оптимальные конструктивные и режимные параметры, обеспечивающие наилучшую равномерность распределения семян по глубине и длине рядка при посеве. Проведен многофакторный эксперимент для обоснования оптимальных значений конструктивных параметров комбинированного двухдискового сошника. Установлена зависимость коэффициента вариации распределения семян мелкосеменных масличных культур на заданной глубине (у) от расположения точки сброса семян семянаправителя относительно вертикальной оси диска сошника (а), поступательной скорости сошника (V) и расстояния между осями копирующих и опорно-прикатывающего колес (¿).
Ключевые слова: сошник, равномерность распределения, посев, мелкосеменные масличные культуры, глубина заделки.
Введение. мелкосеменных масличных культур было
В результате анализа конструкций раз- установлено, что посев семян с заданной личных типов сошников для посева семян глубиной и равномерным распределением
Нива Поволжья № 4 (41) ноябрь 2016 95
