CC BY
30
УДК 631.331.082:621.43-33
А. С. АНИЩЕНКО, А. В. КЛОЧКОВ
ПРОДОЛЬНАЯ РАВНОМЕРНОСТЬ ПОДАЧИ СЕМЯН РАСПРЕДЕЛИТЕЛЯМИ
ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СЕЯЛКИ
(Поступила в редакцию 15.01.2015)
В статье рассматриваются результаты применения The article examines results of application of high-speed
высокоскоростной видеосъемки камерой Samsung W2000 в video recording by the video-camera Samsung W2000 in exper-экспериментальных исследованиях продольной равномерно- imental research of longitudinal evenness of supplying seeds
сти подачи семян из патрубков распределительного from nozzles of distributing device of pneumatic drill. We have устройства пневматической сеялки. Представлены ре- presented results of research into the work of three types of
зультаты исследования работы трех типов конструкций construction of distributors of seeds. We have established insig-распределителей семян. Установлена незначительная из- nificant changeability ofparameters of the process of longitudi-менчивость параметров процесса продольной равномерно- nal evenness of supplying seeds by the examined distributors. сти подачи семян исследованными распределителями.
Введение
В комплексе технологических операций по возделыванию сельскохозяйственных культур посеву принадлежит определяющая роль. Для увеличения производства продукции растениеводства большое значение имеют способы посева и качество их выполнения. Способ посева во многом зависит от вида сельскохозяйственных культур, посевных качеств семян и почвенно-климатической зоны. Основная задача посева состоит в обеспечении наилучших условий прорастания семян и дальнейшего развития растений. При этом к посеву предъявляют определенные агротехнические требования. Их выполнение способствует наилучшему обеспечению всех растений питательными веществами, воздухом и светом. Важным агротехническим требованием является равномерное распределение растений по площади поля. Она создает предпосылки для улучшения условий развития растений, повышения урожайности и качества продукции растениеводства [1]
Таким образом, исследование влияния конструкций рабочих органов сеялок на равномерность распределения семян и анализ технических возможностей для ее увеличения является актуальной научной задачей.
Анализ источников
В нашей стране и за рубежом для посева зерновых, зернобобовых и трав широкое распространение получили пневматические посевные машины. Распределение семян по площади данными посевными машинами есть результат работы всего комплекса рабочих органов: высевающего аппарата, семяпроводов и сошников. Причем большинство исследователей считает, что ведущую роль в равномерности размещения семян играет высевающий аппарат [2, 3]. В действительности же положение таково, что катушечный высевающий аппарат в итоге своей работы дает неравномерный высев, который несколько корректируется семяпроводом и сошником, которые обеспечивают добавочные факторы равномерности.
Посев зерновых культур, как правило, производится рядовым способом с шириной междурядья 125 мм. К недостаткам данного способа посева следует отнести большую скученность семян в рядке при довольно широком междурядье. Площадь питания, приходящаяся на одно растение, при этих посевах представляет собой вытянутый четырехугольник, в котором две стороны имеют в длину 10-20 мм вдоль рядка и две по 125 мм между рядками.
Равномерное распределение по сошникам (поперечная неравномерность распределения) в применяемых машинах возможно реализовать путем использования различных конструктивных элементов в распределителях сеялок, что позволяет добиться неравномерности распределения семян по сошникам в диапазоне 5-6 % [4]. Однако вопрос равномерного распределения семян в рядке остается до настоящего времени нерешенным в техническом плане. Из-за сложности осуществления и проведения исследований отсутствуют данные о влиянии конструкций распределителей на продольную равномерность высева семян без учета воздействия семяпроводов и патрубков сошников.
Методы исследования
Существует большое количество разнообразных явлений и процессов, которые не удается исследовать без применения современного высокотехнологического оборудования. Это относится к процессам, скорость протекания которых так велика, что человеческий глаз не в состоянии заметить всех тонкостей и деталей.
Современные видеокамеры, способные проводить съемку со скоростью до сотен тысяч кадров в секунду, что позволяет визуализировать быстропротекающие процессы, которые невозможно увидеть
невооруженным глазом и зафиксировать обычной видеокамерой, тем самым открывают новые возможности в исследовании таких процессов [5]. Одной из областей эффективного применения высокоскоростных видеосистем является регистрация быстропротекающих процессов при работе сельскохозяйственных машин [6, 7, 8], в частности, изучение движения семян в каналах пневматических систем высева.
В целях изучения влияния конструкции делителя на продольную равномерность распределения семян была изготовлена лабораторная установка. Установка состоит (рис. 1) из высевающей системы пневматической сеялки типа СПУ, двух электродвигателей привода вентилятора и дозатора семян. На крышке распределителя семян сеялки 1 крепится поворотный кронштейн 2, на котором устанавливался камера 3 и источник света 4. На выходном патрубке распределителя 6 с помощью хомута 7 устанавливается черный экран 5 с масштабной сеткой.
Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 - распределитель семян; 2 - кронштейн; 3 - камера; 4 - источник света;
5 - экран с масштабной сеткой; 6 - патрубок распределителя; 7 - хомут
Методика предусматривает следующую схему проведения исследований. После установки рекомендуемой нормы высева, соответствующей рабочей скорости 3 м/с, включается привод вентилятора, затем - привод дозатора и производится высев пшеницы в течение одной минуты. После установившегося режима работы производится видеосъемка вылета семян из патрубка распределителя в течение 10 сек. Согласно работе В. Н. Четверни [8], частота видеосъемки для линейной скорости изучаемого явления 4-5 м/с (скорость движения семян в семяпроводе) должна быть 800-1000 кадров в секунду. Данному требованию соответствует камера Samsung W2000, которая при максимальной частоте видеосъемки 1000 кадров/с имеет разрешение видео 192^64 пикселей.
После того, как видеоматериал эксперимента отснят и сохранен на компьютере, проводилась его обработка и дальнейший анализ. Массив видеоданных, полученных с камеры, экспортировался в компьютер, и с помощью компьютерной программы QuickTime видео просматривается как серия последовательных кадров. При анализе видео отмечаются кадры, соответствующие моменту пересечения семян линии, перпендикулярной направлению патрубка при выходе семян из распределителя. Определив число кадров в промежутке между отмеченными кадрами, можно найти темп подачи tc семян высевающим аппаратом:
р (1)
где п - число кадров в интервале между выходом отдельных семян; р - частота съемки, кадров/с.
Анализ каждого видеофайла проводился с 3-й по 4-ю, с 5-й по 6-ю и с 7-й по 8-ю секунды видеосъемки (т. е. по 1000 кадров), что обеспечивает трехкратную повторность опыта.
Если подача семян высевающим аппаратом равномерная, то темп подачи постоянен. Следовательно, изменение темпа подачи характеризует продольную равномерность высева. Зная текущее значение (с и скорость движения сеялки и, можно найти расстояния, на которые семена могут подаваться в бороздку (без учета влияния семяпроводов и сошников):
(2)
Основная часть
Исследования проводились на 24-канальном распределителе семян, часто применяемом на сеялках и комбинированных почвообрабатывающе-посевных агрегатах, для трех конструкций распределителей: для плоской отражательной поверхности, для неподвижного конуса и для вращающегося конуса с винтовыми канавками [9] (рис. 2). Известны исследования [10], которые показывают существенность влияния конструкции распределителя на поперечную равномерность подачи семян в семяпроводы. Однако продольная равномерность при этом не фиксировалась. Осуществить это на выходе из распределителя можно только с помощью видеосъемки. Видеосъемка осуществлялась для 6-го, 12-го, 18-го и 24-го патрубков распределителя. Результаты замеров представлены в табл. 1.
n
Рис. 2. Схемы распределителей семян: плоская отражательная поверхность (а), неподвижный конус (б), вращающийся конус с винтовыми канавками (в)
Таблица 1. Сравнительные результаты лабораторных испытаний конструкций распределителей
Показатели 6 патрубок | 12 патрубок | 18 патрубок | 24 патрубок
исследуемый временной промежуток видеофайла
34с | 56с | 7-8 с | 34с | 56с | 7-8с | 34с | 56с | 7-8с | 34с | 56с | 7-8с
Плоская отражательная поверхность
Среднее расстояние между семенами scp, мм 24,0 23,4 242 212 235 20,7 159 175 18,8 173 203 179
Среднее квадратическое отклонение а, мм 235 225 23,1 20,0 225 23,6 143 173 17,6 169 21,4 19,0
Коэффициент вариации v, % 98,1 963 95,4 945 95,6 114,1 895 98,6 93,8 979 1052 1065
Среднее значение sc„, мм 20,0
Среднее значение а, мм 20,1
Среднее значение v, % 100,6
Неподвижный конус
Среднее расстояние между семенами sc„, мм 232 239 23,6 25,8 225 249 19,8 19,8 17,7 23,4 18,7 193
Среднее квадратическое отклонение а, мм 249 23,1 21,1 24,6 21,8 22,4 19,8 215 17,0 25,1 192 17,7
Коэффициент вариации v, % 1073 96,6 892 95,4 96,7 903 1003 1085 963 1072 102,8 91,6
Среднее значение sOT, мм 21,6
Среднее значение а, мм 21,5
Среднее значение v, % 99,6
Вращающийся конус с винтовыми канавками
Среднее расстояние между семенами sOT, мм 215 189 21,6 15,6 13,1 14,4 18,6 20,1 18,8 20,8 24,8 21,0
Среднее квадратическое отклонение а, мм 22,7 195 223 14,7 129 14,7 183 205 17,6 21,6 21,4 185
Коэффициент вариации v, % 105,4 103,4 1032 943 983 101,8 98,4 1019 935 103,8 86,4 88,1
Среднее значение sOT, мм 18,5
Среднее значение а, мм 18,7
Среднее значение v, % 101,1
Анализ данных, представленных в табл. 1, показывает, что наименьшую среднюю продольную неравномерность подачи семян обеспечивает распределитель, имеющий неподвижный конуса, коэффициент вариации для которого составляет 99,6 %. Для плоской отражательной поверхности и вращающегося конуса данный показатель незначительно выше и соответственно равен 100,6 % и 101,1 %. В то же время по повторностям замеров и патрубкам распределителя интервал нижних значений коэффициента вариации принадлежит вращающемуся конусу и составляет 86,4-105,4 %, для плоской отражательной поверхности и неподвижного конуса - соответственно 89,5-114,1 % и 89,2-107,3 %.
Значения sc, полученные в результате обработки видеофайлов, сгруппировали в 9 классов с интервалом 0,003 сек. При движении сеялки со скоростью 3 м/с указанная цена класса соответствует расстоянию в рядке 9 мм. Вычислили частоту и частость полученных интервалов, данные которых представлены в табл. 2.
Таблица 2. Частота и частость полученных интервалов между семенами
Интервал между семенами, мм Частота интервалов Частость интервалов, %
плоская отражательная поверхность неподвижный конус вращающийся конус с винтовыми канавками плоская отражательная поверхность неподвижный конус вращающийся конус с винтовыми канавками
0-9 723 645 856 40,6 38,9 44,6
9-18 404 348 403 22,7 21,0 21,0
18-27 225 211 220 12,6 12,7 11,5
27-36 169 163 186 9,5 9,8 9,7
36-45 85 98 97 4,8 5,9 5,0
45-54 59 73 59 3,3 4,4 3,1
54-63 35 41 37 2,0 2,5 1,9
63-72 30 31 26 1,7 1,9 1,4
72 и более 51 49 37 2,9 3,0 1,9
Всего 1781 1659 1921 100 100 100
Для лучшего визуально восприятия табличных данных частости интервалов трех исследуемым распределителей представлены в виде графиков на рис. 3.
Я 20 X 10 50 60 10 80 90 Ш см V 20 X Ю 50 60 70 80 % № а Ю20ХШ 5060708090Ш см
а б в
Рис. 3. Вариационные кривые распределения семян: для плоской отражательной поверхности (а), для неподвижного конуса (б), для вращающегося конуса с винтовыми канавками (в)
Из графиков видно, что разница в распределителях незначительна. Можно отметить большее (примерно на 4 %) количество интервалов между семенами 0-9 мм для распределителя с вращающимся конусом, чем для двух остальных. Все три исследуемых распределителя в процессе работы обеспечивают близкие результаты равномерности продольной подачи семян в семяпроводы.
Заключение
В статье представлены метод и результаты исследования влияния конструкции распределителей на продольную равномерность подачи семян. Установлено, что среднее значение коэффициента вариации для трех исследуемых распределителей примерно одинаково и лежит в пределе 99,6-101,1 %. Дальнейшее изучение, совершенствование существующих и разработка новых технических средств для посева, которые обеспечат повышение равномерности распределения семян вдоль рядка, является актуальной задачей.
Методика применения высокоскоростной видеосъемки перспективна для проведения научно-экспериментальных исследований студентами и аспирантами технических специальностей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Зырянов, В. А. Равномерность распределения растений по площади при посеве зерновых и трав / В. А. Зырянов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1985. - №. 5. - С. 35-37.
2. Лепешкин, Н. Д. Исследование некоторых элементов пневмомеханической высевающей системы зерновых сеялок / Н. Д. Лепешкин, А. Л. Медведев, Ю. Л. Салапура // Механизация и электрификация сельского хозяйства: межвед. тематич. сб. - Минск, 2007. - Вып. 41. - С. 142-148.
3. Семенов А. Н. Зерновые сеялки / А. Н. Семенов. - М.; Киев, 1959. - 318 с.
4. Салапура, Ю. Л. О равномерном распределении семян по площади / Ю. Л. Салапура //Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве. - Минск, 2014. - С. 125-130.
5. Щипицын, В. Д. Формирование у студентов навыков работы с современным высокотехнологическим научным оборудованием на примере систем скоростной видеосъемки / В. Д. Щипицын, А. А. Вяткин // Концепт. - 2012. - № 10. -С. 9-15.
6. Степанянц, Э. Н. Статистические исследования картофелесажалок с применением скоростной киносъемки / Э. Н. Степанянц // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1976. - №. 8. - С. 44-45.
7. Кост, И. А. Практика применения метода скоростной киносъемки для исследования сельскохозяйственных процессов / И. А. Кост // Материалы Научно-Технического Совета Вып. 24. Применение средств кино и фотографии для исследования рабочих органов и технологических процессов сельскохозяйственных машин. - М., 1968. - С. 3-13.
8. Четверня, В.Н. Исследование рабочего процесса роторного разбрасывателя минеральных удобрений методом скоростной киносъемки / В. Н. Четверня // Материалы научно-технического Совета. - Вып. 24: Применение средств кино и фотографии для исследования рабочих органов и технологических процессов сельскохозяйственных машин. - М., 1968. - С. 141-45.
9. Распределительное устройство пневматической сеялки: пат. 3353 Респ. Беларусь, МПК А 01 С 7/00 / А. В. Клочков, А. В. Тюликов; заявитель А. В. Клочков, А. В. Тюликов. - № ^0060541 заявл. 05.06.22; опубл. 07.02.28.
10. Клочков, А. В. Совершенствование распределителя семян пневматической сеялки / А. В. Клочков, А. В. Тюликов // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. - 2006. - №4. - С. 103-107.
