CC BY
13
МЕХАНИЗАЦИЯ
УДК 631.361.4; 631.361.6
Результаты агротехнической оценки качества работы клеверотерки-скарификатора КС-0,2
Бурков Александр Иванович, доктор техн. наук, профессор, зав. лабораторией, Симонов Максим Васильевич, кандидат техн. наук, доцент, ст. научный сотрудник, Мокиев Валентин Юрьевич, мл. научный сотрудник ФГБНУ «НИИСХ Северо-Востока», Киров, Россия
E-mail: [email protected]
На основании проведенных исследований изготовлен опытный образец клеверотерки-скарификатора КС-0,2. Машина предназначена для вытирания семян из пыжины клевера и других бобовых и злаковых трав, а также для скарификации твердых семян бобовых трав и содержит: раму, корпус, горизонтально расположенный в нем барабан, деку, загрузочный бункер, питающее устройство, входной и выходной патрубки, надставку, мешкодержатель, механизмы привода барабана и питающего устройства, электрооборудование. Цель исследования - определить оптимальные нагрузоч-но-скоростные режимы работы опытного образца клеверотерки-скарификатора КС-0,2 (подачу q исходного материала и частоту n вращения барабана). В качестве исходного материала при работе клеверотерки-скарификатора в режиме вытирания семян использовали ворох клевера (пыжину) сорта Кировский 159 влажностью 12...14%, из которого предварительно выделены легкие, крупные, мелкие примеси и свободные от оболочек семена. Качество работы машины при вытирании пыжины оценивали степенью е вытирания и дробления d семян. При скарификации семян исходным материалом являлись семена галеги восточной (козлятника восточного), соответствующие требованиям ГОСТ Р 52325-2005 для репродукционных семян на семенные цели. Качество скарификации оценивали степенью скарификации C и степенью изменения количества проросших семян П. Выявлены закономерности изменения агротехнических показателей опытного образца клеверотерки-скарификатора КС-0,2 от нагрузочно-скоростных режимов работы. Установлено, что степень е вытирания семян не менее 95% и дробление d семян не более 1,5% достигаются при подаче q = 0,2.0,3 т/ч и частоте вращения барабана n = 1000.1200 мин'1; степень скарификации семян С не менее 99% и степень увеличения количества проросших семян П = 42,9.43,2% - при q = 0,2.0,3 т/ч и n = 950.1000 мин'1.
Ключевые слова: клеверотерка, семена, скарификатор, вытирание семян трав, всхожесть
На основании проведенных исследований [1, 2, 3, 4] сотрудниками лаборатории зерно-и семяочистительных машин ФГБНУ «НИИСХ Северо-Востока» разработана конструкторская документация для изготовления клеверотерки - скарификатора КС-0,2 и совместно с ПКБ НИИСХ Северо-Востока изготовлен опытный образец машины (рис. 1,а). Машина предназначена для вытирания семян из пыжины клевера и других бобовых и злаковых трав, а также для скарификации твердых семян бобовых трав.
Клеверотерка-скарификатор работает следующим образом. Пыжина клевера или твердые семена бобовых трав подаются вручную или подъемно-транспортным механизмом в загрузочный бункер 1 (рис. 1,6). Далее питающим устройством 2 обрабатываемый материал вводится по входному патрубку 3 в зазор между барабаном 4 и декой 5. При вращении барабана 4 со сплошной энт-гранерной терочной поверхностью клеверная
пыжина захватывается и протаскивается по овальной поверхности деки 5 и за счет сил сжатия и трения перетирается. Перетертый материал за счет сил инерции выбрасывается через зазор З'вьа между надставкой 9 и барабаном 4 в выходной патрубок 8, а из него поступает в мешок 6, закрепленный на патрубке 8 с помощью мешкодержателя 7.
При скарификации твердых семян бобовых трав движение обрабатываемого материала происходит аналогично описанному выше процессу. Отличие заключается в том, что дека 5 с овальной вытирающей поверхностью заменяется на деку с абразивной поверхностью, а зазор З'вых, с целью уменьшения дробления, увеличивается (надставка 9 устанавливается вертикально). При вращении барабана 4 семена отбрасываются энт-гранерной поверхностью в сторону абразивной поверхности деки 5. Некоторые семена движутся относительно абразивной поверхности со скольжением, а другие за счет ло-
бового удара и упругих свойств отскакивают в сторону энтгранерной поверхности барабана, взаимодействуют с ней, и процесс по-
вторяется до выхода через зазор Зсвых между декой 5 и барабаном 4 в выходной патрубок 8 и далее в мешок 6.
б
-движение исходного материала -движение перетертого материала
Рис. 1. Общий вид (а) и схема (б) клеверотерки-скарификатора КС-0,2: 1 - загрузочный бункер; 2 - питающее устройство; 3 - входной патрубок; 4 - барабан; 5 - дека; 6 - мешок; 7 - меш-кодержатель; 8 - выходной патрубок; 9 - надставка; 10 - корпус; 11 - гибкая вибро-заслонка
Цель исследования - определить оптимальные нагрузочно-скоростные режимы работы опытного образца клеверотерки-скарификатора КС-0,2 (подачу q исходного материала и частоту п вращения барабана).
Материал и методы. В качестве исходного материала при работе клеверотерки-скарификатора в режиме вытирания семян использовали ворох клевера сорта Киров-ский-159 влажностью 12.. .14 %, из которого предварительно выделены легкие, крупные, мелкие примеси и свободные от оболочек семена. Агротехническая оценка машины при вытирании пыжины предусматривает определение степени е вытирания и дробления ё семян.
При скарификации семян исходным материалом являлись семена галеги восточной (козлятника восточного), соответствующие требованиям ГОСТ Р 52325-2005 [5] для репродукционных семян на семенные цели. Основными показателями, характеризующими качество посевного материала, являются всхожесть В семян и энергия Е прорастания. Однако объективно оценить качество скарификации этими показателями не представляется возможным, поскольку при определении Е не учитывается какие из семян проросли в течение 3 дней - изначально твердые или нет, а при определении В
согласно ГОСТ 12038-84 [6] твердые семена относятся к всхожим.
Для оценки качества скарификации введены более конкретные, характеризующие непосредственно процесс скарификации, показатели: степень скарификации С, степень изменения количества проросших семян П и дробление ё семян [7].
Исследование проводили по следующей методике.
1. При помощи сменных шкивов устанавливали требуемую частоту п вращения барабана 4 клеверотерки-скарификатора.
2. Исходный материал взвешивали и засыпали в загрузочный бункер 1.
3. Включали электродвигатель машины.
4. При помощи вибро-заслонки 11 устанавливали требуемую подачу q исходного материала в машину и замеряли время £ протекания рабочего процесса.
5. Расчетным путем определяли фактическую подачу q материала в клеверотер-ку-скарификатор.
6. По методикам [7, 8] определяли агротехнические показатели качества работы клеверотерки-скарификатора - степень е вытирания семян, дробление ё семян, степень С скарификации семян и степень П изменения количества проросших семян.
Эксперименты проводили в пятикратной повторности.
а
Результаты и их обсуждение. Для
определения основных показателей качества работы машины (степени е вытирания и дробления ё семян), выявления закономерностей их изменения в зависимости от нагрузочно-скоростного режима работы машины реализован план полнофакторного эксперимента второго порядка для двух факторов (табл. 1).
После реализации опытов и обработки результатов эксперимента получены адекватные (вероятность р = 0,95) математические модели степени вытирания е и дробления ё семян (%): е = 97,97 + 0,93х1 - 0,68х2 + 0,45х1х2; (1) ё = 1,52 + 6,94x1 - 6,53x2 - 6,01X1X2 +
(2)
+ 4,59х12 + 3,41х22.
Таблица 1
Факторы, уровни и шаги их варьирования при исследовании процесса вытирания семян клевера
Кодированное обозначение факторов Название факторов, их обозначение и единица измерения Уровни факторов Шаг варьирования
-1 0 1
Х1 Частота п вращения барабана, мин-1 1000 1200 1400 200
Х2 Подача q исходного материала, т/ч 0,1 0,2 0,3 0,1
На рисунке 2 изображены линии равных значений степени е вытирания и дробления ё семян при различных нагрузочно-скоростных режимах работы клеверотерки-скарификатора КС-0,2. Из анализа зависимостей (рис. 2) следует, что максимальная степень вытирания е и минимальное дробление ё семян обеспечиваются при различных нагрузочно-скоростных режимах работы клеверотерки-скарификатора. Поэтому при выборе нагрузочно-скоростного режима работы клеверотерки необходимо найти компромиссное решение исходя из агротехнических требований, предъявляемых к качественным показателям работы клеверотерки: степень вытирания е не менее 95 % при допустимом дроблении ё семян не более 1,5 %.
0,30
q, т/ч
0,20
0,15
1 £„„=95,91 / / '/ /
У // /а у/ / / А/ А
\ \ \ \ Л ' /- / у ' у у
— . /У , / / У У ^ / / > /У ' у У а
Выполнению данных агротехнических показателей удовлетворяет заштрихованная область значений на рисунке 2. Оптимальные значения исследуемых факторов находятся в пределах q = 0,2.. .0,3 т/ч и п = 1000... 1200 мин-1, так как при фиксировании факторов в указанной области и любом их сочетании обеспечиваются требуемые качественные показатели.
С целью агротехнической оценки качества скарификации семян, определения основных показателей качества скарификации (степени С скарификации семян и степени П изменения количества проросших семян), выявления закономерностей их изменения в зависимости от нагрузочно-скоростного режима работы машины реализован полный факторный эксперимент первого порядка для трех факторов (табл. 2). Следует отметить, что дробление ё семян в процессе скарификации во всех опытах плана эксперимента практически отсутствовало.
После реализации опытов и обработки результатов эксперимента получены адекватные (вероятность р = 0,95) математические модели, описывающие качество процесса скарификации семян (%):
С = 99,88 + 1,33x1 - 0,28x2 - 0,97х12 -- 0,52х?2;
1100
1400
(3)
(4)
Рис. 2. Линии равных значений степени е
вытирания (-) и дробления й (----) семян
при различных нагрузочно-скоростных режимах работы клеверотерки-скарификатора КС-0,2
П = 42,31 - 3,18x1+ 0,95x2 - 2,52х12 -- 1,12х22.
На рисунке 3 изображены линии равных значений степени скарификации семян С и изменения количества проросших семян П при различных нагрузочно-скоростных режимах работы клеверотерки-скарификатора КС-0,2.
Таблица 2
Факторы, уровни и шаги их варьирования при исследовании процесса скарификации семян
Кодированное Название факторов, Уровни факторов Шаг
обозначение их обозначение и единица -1 0 1 варьиро-
факторов измерения вания
хх Частота пб вращения барабана, мин-1 800 1000 1200 200
Х2 Подача qc исходного материала, т/ч 0,05 0,20 0,35 0,15
Максимальные значения степени скарификации С и степени увеличения количества проросших семян П обеспечиваются при различных нагрузочно-скоростных режимах работы клеверотерки-скарифика-тора. Однако в центральной области эксперимента, с точки зрения оценки качества процесса скарификации, оба показателя (С и П) практически нивелируют друг друга. Так, например, при q = 0,2 т/ч и п = 900 мин-1 С = 99% и П = 43,2%, а при q = 0,2 т/ч и п = 1000 мин-1 С = 99,9% и П = 42,3%. То есть в первом случае по сравнению со вторым видим уменьшение степени скарификации С на 0,9%, однако, степень увеличения количества проросших семян П увеличивается на эти же 0,9%. Подобная корреляция между значениями С и П наблюдается в заштрихованной области на рисунке 3.
0,3501
800
1000
1200
Рис. 3. Линии равных значений степени скарификации семян С (-) и изменения количества проросших семян П (-----) при различных нагрузочно-скоростных режимах работы клеверотерки-скарификатора КС-0,2
Оптимальные значения исследуемых факторов находятся в пределах q = 0,2. 0,3 т/ч и п = 950.1000 мин-1, так как при фиксировании факторов в указанной области и любом их сочетании обеспечивается степень скарификации семян С не менее 99% при степени увеличения количества проросших
семян П = 42,9.43,2%, близкой к максимальной (Птах = 43,5%).
Выводы. Выявлены закономерности изменения агротехнических показателей опытного образца клеверотерки-скарификатора КС-0,2 от нагрузочно-скоростных режимов работы. Установлено, что степень е вытирания семян не менее 95% и дробление ё семян не более 1,5% достигаются при подаче q = 0,2.0,3 т/ч и частоте вращения барабана п = 1000.1200 мин-1; степень скарификации семян С не менее 99% и степень увеличения количества проросших семян П = 42,9.43,2% - при q = 0,2. 0,3 т/ч и п = 950. 1000 мин-1.
Список литературы
1. Мокиев В.Ю. Анализ устройств для вытирания и скарификации семян трав // Материалы 1-й Молодежной конференции 5 июля 2012г. «Молодые ученые - аграрной науке Евро-Северо-Востока». Киров: ГНУ НИИСХ Северо-Востока.- 2013.- С. 177-184.
2. Симонов М.В., Мокиев В.Ю. Влияние влажности пыжины клевера на степень вытирания // Наука-Технология-Ресурсосбережение: Материалы V Междун. научн.-практ. конфер. Киров: ФГБОУ ВПО Вятская ГСХА, 2012. Вып. 13. С. 142-144.
3. Бурков А.И., Симонов М.В., Мокиев В.Ю. Результаты исследований вытирающе-скари-фицирующего устройства при вытирании семян из пыжины клевера // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2013. № 3. С. 59-64.
4. Бурков А.И., Симонов М.В., Мокиев В.Ю. Влияние конструктивно-технологических параметров вытирающе-скарифицирующего устройства на качество скарификации // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2014.№ 2. С.63-68.
5. ГОСТ Р 52325-2005. Семена сельскохозяйственных растений. Сортовые и посевные качества. Общие технические условия. М.: ФГУП «Стандартинформ», 2005. 23 с.
6. ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. М.: Изд-во стандартов, 1991. 29 с.
7. Бурков А.И., Симонов М.В., Мокиев В.Ю. Определение показателей качества работы скарификаторов семян трав // Механизация и элек-
трификация сельского хозяйства. 2014. № 3. С. 19-20.
8. Бурков А.И., Симонов М.В., Машковцев М.Ф. Определение показателей качества работы
устройства для вытирания семян трав // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2008. № 8. С. 18-19.
Results of agrotechnical evaluation of performance of clover huller-scarifier KC-0.2 Burkov A.I., DSc in technics, head of laboratory,
Simonov M.V., PhD in technics, associate professor, senior researcher,
Mokiev V. Yu., associate researcher
North-East Agricultural Research Institute, Kirov, Russia
On the basis of the research a prototype of clover huller-scarifier KC-0.2 was developed. The machine is used for extraction of seeds from the wad of clover and other legumes and cereal grasses as well as for scarification of hard grass seeds. The machine includes frame, body, horizontal barrel, deck, batch hopper, device for supplying material to a machine, pipe for input and output, extension, holder for bag, the drive mechanisms, electric equipment. Research purpose - to determine the optimal load-speed modes of clover huller-scarifier KC-0.2 (supplying of a material q and the frequency of barrel rotation n). Wad of clover Kirovsky-159 having humidity 12.14% was used as initial material for study action of clover huller-scarifier in mode of seed thrashing. Large impurities, small impurity and seeds without shells were removed previously from wad of clover. Machine performance was evaluated by the degree of seed thrushing e and seed crushing d. For scarification of Seeds of galega corresponding to State standard 52323-2005 for reproduction of seeds for seed purpose was used as initial material at studing of scarifying mode. The quality of scarification was evaluated by degree of seed scarification C and degree of change in number of germinated seeds n. Regularities were identified of changes in agrotechnical parameters of a prototype machine clover huller-scarifier KC-0.2 from load-speed modes. It is determined that degree of seed thrushing e higher than 95% and crushing of seeds d less than 1.5% are achieved with supplying q = 0.2.0.3 t/h and frequency of barrel rotation n = 1000.1200 min-1. Degree of scarification of seeds C more than 99% and the degree of change in the number of germinated seeds n = 42.9.43.2% are achieved with supplying q = 0.2.0.3 t/h and frequency of barrel rotation n = 950.1000 min-1.
Key words: clover huller, seeds, scarifier, thrushinf of grass seed, scarification of seeds
References
1. Mokiev V.Yu. Analiz ustroystv dlya vytiraniya i skarifikatsii semyan trav. [Analysis of devices for thrushing and scarification of grass seeds]. Materialy 1-y Molodezhnoy konferentsii 5 iyulya 2012g. «Molodye uchenye - agrarnoy nauke Evro-Severo-Vostoka». [Proc. of the 1st Youth conference on July 5, 2012. "Young scientists - for agrarian science of Euro-North-East"]. Kirov: North-East Agricultural Research Institute. 2013. pp. 177-184.
2. Simonov M.V., Mokiev V.Yu. Vliyanie vlazh-nosti pyzhiny klevera na stepen ' vytiraniya. [Influence of humidity of a clover wad on thrushing degree]. Materialy V Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Nauka-Tekhnologiya-Resurso-sberezhe-nie». [Proc. of the V International scientific-practical conference "Science-Technology-Resources"]. Kirov: Vyatka State Agricultural Academy. 2012. V. 13. pp. 142-144.
3. Burkov A.I., Simonov M.V., Mokiev V.Yu. Rezul'taty issledovaniy vytirayushche-skarifitsiruyu-shchego ustroystva pri vytiranii semyan iz pyzhiny klevera. [Results of research of device for thrushing and scarification of grass seeds at thrushing of seeds from clover wad]. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. 2013. no. 3. pp. 59-64.
4. Burkov A.I., Simonov M.V., Mokiev V.Yu. Vliyanie konstruktivno-tekhnologicheskikh parametrov
vytirayushche-skarifitsiruyushchego ustroystva na kachestvo skarifikatsii. [The influence of constructive and technological parameters of thrushing-scarification device on qualiry of scarification]. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. 2014. no. 2. pp. 63-68.
5. GOST R 52325-2005. Semena sel'skokho-zyaystvennykh rasteniy. Sortovye i posevnye kachestva. Obshchie tekhnicheskie usloviya. [State standard 52325-2005. Seeds of agricultural plants. Varietal and sowing qualities. General specifications].Moscow: Standartinform Publ. 2005. 23 p.
6. GOST 12038-84. Semena sel'skokhozyays-tvennykh kul'tur. Metody opredeleniya vskhozhesti. [State standard 12038-84. Seeds of agricultural crops. Methods for determination of germination]. Moscow: Standartinform Publ, 1991. 29 p.
7. Burkov A.I., Simonov M.V., Mokiev V.Yu. Opredelenie pokazateley kachestva raboty skarifi-katorov semyan trav. [The definition of performance measures of device for scarification of grass seeds]. Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya sel'skogo khozyaystva. 2014. no. 3. pp. 19-20.
8. Burkov A.I., Simonov M.V., Mashkovtsev M.F. Opredelenie pokazateley kachestva raboty ustroystva dlya vytiraniya semyan trav. [Determination of performance measures of device for thrushing of grass seeds]. Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya sel'skogo khozyaystva. 2008. no. 8. pp.18-19.
