CC BY
23
УДК 631.331
ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА КОНСТРУКЦИИ ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА ЗЕРНОВОЙ СЕЯЛКИ
Н. П. Ларюшин, доктор техн. наук, профессор; А. В. Шуков, канд. техн. наук; В. А. Мачнев, доктор техн. наук, профессор
ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», т. (8412) 62-85-17, е-таП: [email protected]
Дано описание лабораторной установки для проведения исследований по выбору оптимальной конструкции катушечно-винтового высевающего аппарата, позволяющей повысить урожайность зерновых культур.
Ключевые слова: высевающий аппарат, катушка, клапан, площадь рассева, распределение семян.
При возделывании зерновых культур посев является одной из ответственных операций, так как правильно выбранные способы посева, норма высева семян каждой культуры, в зависимости от сложившихся климатических и конкретных почвенных условий, определяют будущий урожай. Кроме того, высококачественный посев позво-
ляет окупить высокие затраты труда и денежных средств.
Высевающий аппарат - один из наиболее ответственных рабочих органов сеялки. Для получения высоких и устойчивых урожаев высевающие аппараты должны обеспечивать: непрерывный и равномерный поток семян, устойчивость установ-
Нива Поволжья № 2 (23) май 2012 59
б
д
Рис. 1. Основные типы катушек: а - стандартная катушка; б - катушка \/-образная; в - катушка штифтовая; г - катушка с углом наклона желобков 20°; д - катушка с углом наклона желобков 10°; е - катушка со сдвинутыми на У желобками; ж - катушка с углом наклона желобков 25°; з - катушка с углом наклона желобков 15°
ленной нормы высева, возможность высева семян различных культур, минимальное повреждение высеваемых семян, легкую и удобную установку на заданную норму высева.
Программа лабораторных исследований предполагала исследование высевающего аппарата зерновой сеялки с целью определения оптимальных значений его геометрических и кинематических параметров, обеспечивающих наилучшее распределение семян по площади рассева.
Целью исследований явилось определение оптимальной конструкции высевающего аппарата, обеспечивающей максимально возможную равномерность распределения семян зерновых культур по площади рассева. При проведении опытов были выбраны 8 типов катушек (рис. 1) и 2 типа подпружиненных клапанов (рис. 2).
Испытания проводились с использованием высевающего аппарата (рис. 3), который состоит из катушки 1 с винтовыми желобками, розетки 2, вала высевающего ап-
парата 3, клапана 4, регулировочного болта 5, семенной коробки 6, муфты 7. В семенную коробку 6 поочередно устанавливались исследуемые катушки и клапаны.
а
б
Рис. 2. Основные типы подпружиненных клапанов: а - стандартный клапан базовой сеялки СШ-3,5; б - клапан, линия обреза задней торцевой части которого выполнена под прямым углом
Экспериментальные исследования по определению оптимальной конструкции высевающего аппарата проводились соглас-
Рис. 3. Высевающий аппарат: 1 - катушка с винтовыми желобками; 2 - розетка; 3 - вал высевающего аппарата; 4 - клапан; 5 - регулировочный болт; 6 - семенная коробка; 7 - муфта
а
в
г
е
з
но ОСТ 70.5.1-82 на лабораторной установке (рис. 4), состоящей из почвенного канала 2 и приводной тележки 18 с рамой. На приводную тележку 18 монтируется бункер 10 для семян, высевающий аппарат 11, семяпровод 13 и сошник 14. Для приближения экспериментальных условий к реальным сошник 14 на приводную тележку 18 устанавливали таким образом, чтобы нижняя кромка лапы сошника 14 почти касалась поверхности рассева 15. Поверхность рассева 15 представляет собой липкую ленту, на которую нанесены учетные квадраты размером 5x5 см. Движение приводной тележки 18 осуществляется с помощью электродвигателя 3 через мотор-редуктор 5 посредством цепной передачи 4 и системы полиспастов 1. Вал высевающего аппарата 11 катушечного типа приводится во вращение от электродвигателя 9 и многоступенчатого редуктора 7 с помощью цепных передач 8. Включение и отключение установки производится с пульта управления 16.
Опыты проводились в следующей последовательности. Устанавливали исследуемую катушку, засыпали семенной материал в бункер (не менее % от его общего объема) и производили пуск высевающего аппарата с целью заполнения его семенами. С пульта управления одновременно включали привод как высевающего аппарата, так и тележки. Семена, проходя через высевающий аппарат и семяпровод, ударяясь о распределитель семян, укла-
дывались на липкой ленте, на которой нанесены учетные квадраты размером 5x5 см (рис. 5).
Рис. 5. Общий вид поверхности рассева В соответствии с ОСТ 70.5.1-82 и методикой Н. И. Любушко за критерии равномерности распределения семян по площади рассева были приняты коэффициент вариации и процент учетных квадратов с числом семян, равным нулю и единице. Основываясь на данной методике, можно утверждать, что при использовании зерновых сеялок с катушечными высевающими аппаратами распределение семян по площади рассева при подпочвенно-разброс-ном посеве описывается законом Пуассона:
-1 т
Р
т | '
т!
где 2- среднее число семян в отрезке;
(1)
Рис. 4. Схема лабораторной установки для определения оптимальной конструкции высевающего аппарата: 1, 20 - система полиспастов; 2 - почвенный канал; 3, 9 - электродвигатели; 4, 8 - цепные передачи; 5 - мотор-редуктор; 6 - гибкий трос; 7 - редуктор; 10 - бункер; 11 - высевающий аппарат; 12 - параллелограммный механизм; 13 - семяпровод; 14 - сошник; 15 - поверхность рассева; 16 - пульт управления; 17 - колесо; 18 - приводная тележка; 19 - ролик
Нива Поволжья № 2 (23) май 2012 61
т - случайное число семян; считается, что 0 = 1;
е - основание натуральных логарифмов, е &2,718.
Методика оценки равномерности распределения семян по площади рассева состоит в следующем. Вначале делают выборку квадратов с одинаковым числом семян или всходов (Ж = 0, 1, 2, ..., п) и подсчитывают их число п
Далее подсчитывают частоты квадратов по формуле
р=п^
(2)
где п„ - число семян, расположенных в квадратах по м> штук ( по 0, 1, 2 и более);
п - общее число квадратов, подвергшихся учету (не менее 300 штук).
Затем находят среднюю плотность т -среднее число семян или всходов:
N
т=-
(3)
где N - общее число семян в квадратах.
Рассчитывают вариационные показатели: среднеквадратическое отклонение (о), коэффициент вариации (V, основную ошибку (е) и показатель точности (Р).
При оценке равномерности распределения семян необходимо знать, совпадают ли с оптимальными (расчетными) опытные частоты пустых квадратов и квадратов с одним семенем.
Для удобства сопоставления зависимости вероятностей частот Р0 и Р\ от нормы высева с учетом полевой всхожести Я в пределах от 70 до 100 % представляются в виде номограмм. Зная исходную плотность высева т в штуках на один пятисантиметровый квадрат и определив значение Я, можно определить оптимальные значения Ро и Р\.
Расчетные значения частот Р'п с учетом всхожести Я определяются по следующим формулам:
т'=—=Ят , (4)
Р\=ярр,
Р'=Р'—
р р 2 , —3
Р3=Р2-
п=3
Р' =\-ур'.
п)3 / 1 п
п=0
(5)
(6)
(7)
(8) (9)
Расчетные (оптимальные) значения частот сопоставляются с опытными и делается заключение о степени равномерности распределения семян по площади рассева в зависимости от типа высевающего аппарата. Повторность опытов по каждому типу катушек трехкратная, количество учетных квадратов не менее 100. Опыты проводились при норме высева 225 кг/га, скорости перемещения сошника 2,5 м/с и установке катушечного высевающего аппарата на высоте 0,95 м
Для определения оптимальной конструкции высевающего аппарата провели эксперименты с исследуемыми высевающими катушками со стандартным клапаном.
Для сопоставления опытных и оптимальных (расчетных) значений коэффициенты вариации (V, частоты появления квадратов без семян (Р0), с числом семян, равным 1 (Р\), и с числом семян, равным 1 (Р2), приведены в таблице 1.
Данные, приведенные в таблице 1, показывают, что наилучшие показатели имеет высевающий аппарат с катушкой, желобки которой выполнены по винтовой линии под углом 20° к осевой линии катушки. Коэффициент вариации данной катушки -59,1 %, частота появления пустых квадратов составляет 11,1 % при допустимом значении 25 %, число квадратов с одним семенем составляет 40,2 %, а с двумя семенами - 36,6 %. Кроме того, суммарная частота квадратов с числом семян одно и два равно 76,8 % и находится в интервале среднего арифметического значения т = 1,56.
Таблица 1
Результаты исследований по выбору оптимальной конструкции высевающего аппарата
п
п
Показатель Тип высевающих катушек со стандартным клапаном Оптимальное значение, при т = 1,56
1 2 3 4 5 6 7 8
Частота появления, %, квадратов с числом семян 0 29,8 14,9 14,7 11,1 15,3 15,5 26,5 26,3 не более 25 %
1 19,7 38,4 39,1 40,2 36,9 37,1 19,5 20,1 не менее 34 %
2 17,9 34,5 34,9 36,6 30,1 30,2 17,3 19,8 не менее 25 %
Коэффициент вариации,% 69,2 61,5 61,1 59,1 63,8 63,7 68,4 68,4 0
Таблица 2
Результаты исследований по выбору оптимальной конструкции высевающего аппарата
Показатель Тип высевающих катушек с прямоугольным клапаном Оптимальное значение, при m =1,56
1 2 3 4 5 6 7 8
Доля, %, 0 29,5 15,1 16,2 10,9 15,1 19,2 26,3 26,2 не более 25 %
квадратов 1 20 38,2 38,2 42,5 37,6 38,5 21,7 21,9 не менее 34 %
с числом семян 2 18,6 34,3 32,3 37,3 31,3 29,6 19,8 19,9 не менее 25 %
Коэффициент вариации, % 68,1 61,9 66,8 42,7 63,6 64,8 68,4 68,2 0
Обработанные экспериментальные данные представлены на рис. 6 в виде вероятностных кривых распределения семян по площади рассева для всех типов катушек со стандартным клапаном.
По оси абсцисс указано количество семян в учетных квадратах 5x5 см, а по оси ординат - частоты их появления, в процентах.
Для определения оптимальной конструкции высевающего аппарата провели эксперимент с исследуемыми катушками и клапаном, линия обреза задней торцевой части которого выполнена под прямым углом (табл. 2).
Данные, приведенные в таблице 2, показывают, что сочетание катушки, желобки которой выполнены по винтовой линии под углом 20° к её осевой линии (тип 4, рис. 1), и клапана, линия обреза задней торцевой части которого выполнена под прямым углом, является наилучшим из всех представленных вариантов. Коэффициент ва-
риации данного сочетания - 42,7 %. Частота появления пустых квадратов составляет 10,9 % при допустимом значении 25 %, число квадратов с одним семенем составляет 42,5 %, а с двумя семенами - 37,3 %. Кроме того, суммарная частота квадратов с числом семян одно и два равна 79,8 % и находится в интервале среднего арифметического значения т = 1,56. Таким образом, для дальнейшего использования целесообразно именно данное сочетание.
Результаты эксперимента по нахождению оптимальной формы подпружиненного клапана представлены на рис. 7 в виде вероятностных кривых распределения семян по площади рассева в зависимости от вида высевающих катушек с прямоугольным клапаном.
Лабораторные исследования позволили определить оптимальную конструкцию высевающего аппарата, обеспечивающую максимально возможную равномерность распределения семян зерновых культур по
£
_ с CL
5 §
С СС £
о ft
40
о £
Mr
(Ъ £
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
f2 X3
s I ---
1 /
/ч V -
Л
/
/
К \-1 \-
01234567В
Количество семян в квадрате п, шт
Рис. 6. Распределение семян по площади рассева в зависимости от вида высевающих катушек со стандартным клапаном: 1 - стандартная катушка; 2 - катушка V-образная; 3 - катушка штифтовая; 4 - катушка с углом наклона желобков 20°; 5 - катушка с углом наклона желобков 10°; 6 - катушка на У сдвинутыми желобками; 7 - катушка с углом наклона желобков 25°; 8 - катушка с углом наклона желобков 15°
Нива Поволжья № 2 (23) май 2012 63
§
01 §
§
с
сс £
о сс
э-
Ч1
с-0.
Ф О
£
(Ъ §
45 40 35 30 25 20 15 10
•
г*
1 /
' V У/ ^ //
/¡\
Г—
Л.,'. к | /7
} /3
К. У-1 1-
Количество семян в квадрате п, шт
Рис. 7. Распределение семян по площади рассева в зависимости от вида высевающих катушек с прямоугольным клапаном: 1 - стандартная катушка; 2 - катушка У-образная; 3 - катушка штифтовая; 4 - катушка с углом наклона желобков 20°; 5 - катушка с углом наклона желобков 10°; 6 - катушка со сдвинутыми на У желобками; 7 - катушка с углом наклона желобков 25°; 8 - катушка с углом наклона желобков 15°
площади рассева. Наилучшая равномерность распределения семян обеспечивается при использовании высевающего аппарата, имеющего винтовую катушку и клапан, линия обреза задней торцевой части которого выполнена под прямым углом.
Литература
1. Ларюшин, Н. П. Высевающий аппарат для зерновой сеялки / Н. П. Ларюшин, А. В. Шуков // Образование, наука, практика: инновационный аспект: сб. материалов науч. междунар. НПК, посвященной памяти профессора А. Ф. Блинохватова. - Пенза: РИО ПГСХА, 2008. - С. 206-207.
2. Ларюшин, Н. П. Некоторые результаты лабораторно-полевых исследований катушечно-винтового высевающего аппарата / Н. П. Ларюшин, А. В. Шуков // Нива Поволжья. - 2009. - № 2(11). - С. 52-58.
3. Любушко, Н. И. Распределение семян и всходов зерновых культур по площади питания при подпочвенно-разбросном способе посева: дис. ... канд. техн. наук / Н. И. Любушко. - М., 1971. - 164 с.
4. Любушко, Н. И. Методика расчета и определения равномерности распределения семян зерновых культур по площади рассева / Н. И. Любушко. - М.: ОНТИ ВИСХОМ, 1970. - 16 с.
5. Шуков, А. В. Обзор машин для посева сельскохозяйственных культур / А. В. Шу-ков // Роль почвы в сохранении устойчивости агроландшафтов: сб. материалов все-
рос. научно-практической конференции, посвященной памяти проф. Г. Б. Гальдина. -Пенза: РИО ПГСХА, 2008. - С. 101-106.
6. Шуков, А. В. Некоторые результаты исследований катушечных высевающих аппаратов / А. В. Шуков // Роль почвы в сохранении устойчивости агроландшаф-тов: сб. материалов всерос. научно-практической конференции, посвящ. памяти проф. Г. Б. Гальдина. - Пенза: РИО ПГСХА, 2008. - С. 107-110.
7. Ларюшин, Н. П. Результаты лабораторных исследований катушечного высевающего аппарата / Н. П. Ларюшин, А. В. Шу-ков, Т. Г. Федина // Нива Поволжья. - 2009. - № 1. - С. 77-82.
8. Ларюшин, Н. П. Актуальность ресурсосберегающей технологии посева зерновых культур / Н. П. Ларюшин, А. В. Шуков // Современные наукоемкие технологии. -2009. - № 6. - С. 44-45.
9. Живаев, А. В. Конструкция сеялки-культиватора ССВ-3,5 / А. В. Живаев, А. В. Шуков // Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса России: сб. материалов науч. студ. конф. 12-13 марта 2009 г. -Пенза: РИО ПГСХА, 2008. - С. 142.
10. Ларюшин, Н. П. Сеялка для подпоч-венно-разбросного посева / Н. П. Ларюшин, А. В. Мачнев // Сельский механизатор. -2005. - № 4. - С. 2.
11. Ларюшин, Н. П. Теоретические исследования технологического процесса работы
нового высевающего аппарата с винтовой катушкой / Н. П. Ларюшин, А. В. Шуков // Нива Поволжья. - 2009. - № 4. - С. 56-62.
12. Посевные машины. Теория, конструкция, расчет / Н. П. Ларюшин, А. В. Мач-нев, В. В. Шумаев и др. - М.: Росинфор-магротех, 2010. - 292 с., ил.
13. Ольшевская, В. Т. Сортировально-облучающая установка подготовки семян промышленной производительности / В. Т. Ольшевская // Вестник Казанского ГАУ. - 2010. - № 4(18). - С. 48-51.
14. Нуруллин, Э. Г. Анализ и оценка дозирующих устройств современных посевных комплексов / Э. Г. Нуруллин, И. З. Исламов, И. М. Салахов // Вестник Казанского ГАУ. - 2009. - № 2(12). - С. 53-55.
15. Ларюшин, Н. П. Сеялка для посева по энергосберегающим технологиям с комбинированными сошниками / Н. П. Ларю-шин, А. В. Мачнев, В. В. Шумаев // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2011. - № 5. - С. 59-63.
Нива Поволжья № 2 (23) май 2012 65
