CC BY
15
УДК 632.08
DOI 10.36461/NP.2021.59.2.007
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРОТРАВЛИВАНИЯ СЕМЯН
О. Н. Кухарев, доктор техн. наук, профессор; И. Н. Сёмов, канд. техн. наук, доцент; К. С. Кондратьева, аспирант
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пензенский государственный аграрный университет», г. Пенза, Россия, e-mail: semov.i.n@pgau.ru
Материалы статьи посвящены актуальной проблеме - уменьшения потерь всхожести семян при хранении в зернохранилищах. Протравливание семян является первостепенным этапом формирования оптимального фитопатологического состояния посевов, определяющим дальнейшее развитие болезней. Используемое в организациях оборудование для протравливания семян не всегда отвечает современным агротехническим требованиям, поэтому необходимо провести исследования для увеличения качества протравливания семенного материала предлагаемой установкой с обоснованием её конструктивных и технологических параметров. При осуществлении работы применялись экспериментальные методы, как моделирование, наблюдение, эксперимент. В результате была получена технологическая схема и конструкция установки для обеззараживания зерна в потоке при закладке на хранение и определены оптимальные параметры предлагаемого устройства.
Ключевые слова: протравливание семян, обеззараживание, непрерывный поток.
Введение
Зерновые культуры - одна из важнейших в хозяйственной деятельности человека группа возделываемых растений, дающих, в первую очередь, зерно, которое является основным продуктом питания человека и кормом для сельскохозяйственных животных.
В мире потери зерновых от вредителей огромны. Ежегодно при хранении зерна в зернохранилищах потери от вредителей составляют 5-7 % урожая. Среди вредителей хлебных запасов встречаются наиболее вредоносные и устойчивые виды, к которым относятся: амбарные долгоносики, клещи, мучной хрущ, амбарная моль, мельничная огневка и другие виды.
В результате жизнедеятельности вредителей не только уменьшается масса продуктов, но существенно снижается их качество. Они становятся комковатыми и непригодными к употреблению в пищу и на корм скоту. Заметно снижается всхожесть семян. Так, при массовом размножении амбарных клещей за 1-2 месяца потери всхожести семян пшеницы и ржи составляют более 50 %.
Своевременное и эффективное проведение защитных мероприятий позволяет сохранить не только урожайность, но и качество продукта.
Методы и материалы
Протравливание семян осуществляется с использованием физико-механических и химических методов. К первому методу относятся:
- обеззараживание зерна охлаждением заключается в поддержании низкой температуры, которая воздействует на продолжительность жизни зерновых вредителей;
- термическое воздействие (сушка) подразумевает под собой просушивание семян до кондиционной влажности. Однако, использование данного метода не является эффективным при обработке семенного материала, поскольку снижает семенные качества зерна. К тому же некоторые зерновые вредители устойчивы к высоким температурам;
- очистка зараженного сырья, которая осуществляется путём его сепарирования. Основным недостатком данного метода является то, что удаляются из зерна только те вредители, которые обитают в межзерновом пространстве.
Химические методы в настоящее время являются наиболее распространенными методами защиты хранения запасов зерна. Одним из эффективных мероприятий является протравливание семян, которое представляет собой дезинфекцию семенного материала не только от наружных, но и от внутренних инфекций растительного происхождения, защиты и семян, и проростков в поле от почвообитающих фитопатоге-нов и различных вредителей [1, 5].
Обеззараживать семена зерновых культур протравителями типа Раксил, КС вполне возможно на машинах, которыми располагают хозяйства России: ПСШ 5, ПС 10, ПС 10А, "Мобитокс Супер", комплекты
стационарного оборудования для семенных заводов КПС 10, К 618, К 619, а также машинами зарубежных фирм, поставляемыми в составе зерноочистительных комплексов типа "Петкус", "Хайд" и др. Однако, перечисленное оборудование не отвечает современным агротехническим требованиям, поэтому с этой целью на кафедре «Механизация технологических процессов в АПК» Пензенского ГАУ разработана технологическая схема и конструкция устройства для обеззараживания зерна в потоке при закладке на хранение.
При выполнении данной работы использовались стандартные методики с применением классических положений теоретической механики, сопротивления материалов, теории механизмов и машин, математического моделирования [2-4]. Разработка математических моделей взаимодействия семян с установкой для обеззараживания зерна в потоке при закладке на хранение и
последующие экспериментальные исследования были выполнены на основе планирования многофакторных экспериментов и регрессивного анализа опытных данных с использованием программ Statistica и МаАаЬ.
Установка предназначена для обеззараживания зерна в потоке инсекто-акарици-дом «Простор». Установка позволяет обрабатывать зерно различными концентрациями рабочих растворов - от обработки непосредственно концентратом эмульсии (15 мл Простора) до обработки раствором, приготовленным в соотношении одна часть Простора и четыре части воды (15 мл Простора + 60 мл воды).
Установка может быть смонтирована практически в любом месте, где есть поток зерна. Это может быть головка нории, сбрасывающая каретка (тележка). Также возможно установить распылитель над транспортерной лентой (рис. 1).
Рис. 1. Установка для обеззараживания зерна
Предлагаемое устройство дает возможность контроля мгновенного расхода препарата, поскольку оно полностью оснащено цифровым управлением. В качестве регулируемых параметров применяются мгновенный расход и концентрация рабочего раствора. В результате становится возможным осуществлять обработку семенного материала в потоке 20-500 тонн в час. [10]
На рисунке 2 изображена лабораторная установка для обеззараживания зерна, которая состоит из несущего основания (1), на котором крепится ленточный транспортер (4), привод которого осуществляется электродвигателем (3). Над транспортером установлен бункер для семян (5) и рампа (7) с форсунками (8). На одном из концов рампы установлен манометр (10) для контроля давления и перепускной клапан (9),
который сбрасывает излишки раствора в резервуар для пестицида (12). На другом конце рампы крепиться напорная магистраль (6). Давление в напорной магистрали создается насосом (15) с приводом от электродвигателя (16). Краны (13, 14) позволяют перекрывать поток жидкости, поступающей от насоса (15) в резервуар для пестицида и в напорную магистраль. Протравленные семена поступают в приемный бункер (11). Все процессы контролируются с пульта(2) оператором.
Основной режим работы - последовательный. В этом режиме четыре распылителя работают поочередно, обеспечивая непрерывный поток препарата на зерно.
В случае засорения распылителя предусмотрена возможность отключения и перераспределения потока рабочего раствора на другие распылители.
Рис. 2. Технологическая схема установки для обеззараживания зерна в потоке при закладке на хранение: 1 - основание; 2 - пульт оператора; 3 - электродвигатель;
4 - ленточный транспортер; 5 - бункер для семян; 6 - напорная магистраль; 7 - рампа; 8 - форсунки; 9 - перепускной клапан; 10 - манометр; 11 - приемный бункер; 12 - резервуар; 13,14 - краны; 15 - насос; 16 - электродвигатель
В настоящее время существуют два варианта установки:
- с контролем расхода препарата с компьютера
- с контролем расхода препарата с консоли контроллера управления.
В установке также предусмотрено:
- автоматическое регулирование давления, что облегчает работу обслуживающего персонала;
- режимы проверки засоренности распылителей.
Результаты
В результате обработки полученных экспериментальных данных были выделены наиболее значимые факторы х1 (Н -высота установки форсунки, мм), х2 (V - скорость транспортера, м/с) и хз (Рср - давление в форсунке, МПа).
При описании поверхности отклика уравнением второго порядка воспользовались центральным композиционным ортогональным планированием второго порядка. Оно просто и удобно в расчетах, при этом
позволяет проводить минимально возможное количество опытов [7].
При проведении исследований невозможно определить влияние всех факторов на процесс и их взаимодействия между собой. Руководствуясь конкретными задачами исследований и на основании априорной информации выбрали основные интервалы выделенных факторов и уровни их варьирования (табл. 1).
При проведении многофакторного эксперимента значения определенных параметров были установлены в оптимальном диапазоне. [9] После проведения многофакторного эксперимента результаты обрабатывались на ПК и позволили получить адекватную математическую модель второго порядка, описываемую в закодированном виде зависимостью Y = ^Н, V Рср):
Y = 96,16089 - 0,39900х1 + 0,80500x2 -0,42200х3 - 2,10611х12 - 1,93611х22 -1,05111х32 - 0,80750х1х2 - 0,73000х1х3 -0,89500х2х3. (1)
Таблица 1
Факторы, влияющие на процесс протравливания исследуемым аппаратом
и уровни их варьирования
Обозначение и наименование фактора У ровень фактора Интервал варьирования
Основной Верхний Нижний
Х1 - Н - Высота установки форсунки, мм 350 400 300 50
Х2 - V - Скорость транспортера, м/с 0,3 0,5 0,1 0,2
Х3 - Рср - Давление в форсунке, МПа 0,32 0,36 0,28 0,04
Далее, составляя и решая систему уравнений, можно определить значения факторов, которые могут обеспечить наибольший процент качественной обработки семян.
Система уравнений, полученная дифференцированием по переменным х1, х2 и хз:
йу
= -0,39900 -4,21222х1-0,80750х2-0,73000х3
ах1
= 0,80500 - 3,87222х2- 0,80750х1 - 0,89500х3
ау йх2
-аУ =-0,42200 - 2,10222х3- 0,73000х1- 0,89500х2 ах3
Решение системы:
( 0,1
Ftnd (х1,х2,х3) < —0,3 ( 0,3
В таблице 2 приведены оптимальные значения исследуемых факторов. Получив оптимальные значения факторов, с помощью способа двумерных сечений определяют зоны оптимальных значений факторов [12].
На рисунке 3 представлено двумерное сечение поверхности отклика, которое характеризует зависимость процента качественно протравленных семян от Н - высоты установки форсунки, мм и 6 - скорости транспортера, м\с.
Таблица 2
Оптимальные значения исследуемых факторов
Исследуемый фактор Оптимальное значение фактора
В закодированном виде В раскодированном виде
Х1 - Н - Высота установки форсунки, мм 0,1 355
Х2 - V - Скорость транспортера, м/с - 0,3 0,24
Х3 - Рср - Давление в форсунке, МПа 0,3 0,332
0,55
0,50
0,45
0,40
£
! 0,35
0,30
0,25
¡5"
О 0,20
0,15
0,10
0,05
ч "\ \
\ \
\ \ \ \
96
94
92
90 —-- Л У /
280 300 320 340 360 380 400 420
Н - Высота установки форсунки, мм
Рис. 3. Двумерное сечение поверхности отклика, которое характеризует зависимость процента качественно протравленных семян от Н - высоты установки форсунки, мм и 6 - скорости транспортера, м/с.
На рисунке 4 представлено двумерное сечение поверхности отклика, которое характеризует зависимость процента качественно протравленных семян от Н - высоты установки форсунки, мм и Рср - давление в форсунке, МПа.
На рисунке 5 представлено двумерное сечение поверхности отклика, которое характеризует зависимость процента качественно протравленных семян от 6 -
скорости транспортера, м/с и Рср - давление в форсунке, Мпа [3].
Анализ графических изображений двумерных сечений, показывает, что наивысшего значения качества протравливания семян Р = 96 % от общего количества семян возможно достигнуть при высоте установки форсунки Н = 320...370 мм, скорости транспортера Vt = 0,23.0,43 м/с, давлении в форсунке Рср = 0,29.0,34 МПа.
Н - Высота установки форсунки, мм
Рис. 4. Двумерное сечение поверхности отклика, которое характеризует
зависимость процента качественно протравленных семян от Н - высоты установки форсунки, мм и Рср - давление в форсунке, МПа.
- Скорость транспортера, м/с
Рис. 5. Двумерное сечение поверхности отклика, которое характеризует зависимость процента качественно протравленных семян от 6 - скорости транспортера, м/с и Рср - давление в форсунке, МПа.
Заключение
Способов предпосевной подготовки семян много, но цель всех их одна - повысить посевные и урожайные качества семян. Предлагаемая конструкция установки для протравливания семян позволит достигнуть значения качества протрав-
ливания семян Р = 96 % от общего количества семян. Проведенные расчеты технико-экономической оценки показывают, что срок окупаемости составит 0,72 года. Все это говорит об экономической целесообразности применения установки для протравливания семян.
Литература
1. Губанова В. М. Практикум по овощеводству: учебное пособие. 2-е издание, стереотипное. Санкт-Петербург: Лань, 2020, 316 с.
2. Мачнев А.В., Стружкин Н.И., Ларюшин Н.П. Технологии и средства механизации сельского хозяйства. Пенза: РИО ПГСХА, 2016, 255 с.
3. Вялых В.А., Савушкин С.Н. Совершенствование технологического процесса протравливания семян. Защита и карантин растений, 2011, № 8, с. 39-42.
4. Лавринова В.А. Будущий урожай зависит от протравливания семян. Защита и карантин растений, 2012, № 9, с. 25-26.
5. Веневцев В.З. Комплексное действие протравливания озимых зерновых культур. Защита и карантин растений, 2014, № 9, с. 21-22.
6. Хасанов Э.Р. Обоснование конструктивно-технологических параметров протравливателя семенного материала барабанного типа / Э.Р. Хасанов, Т.И. Нуртдинов, А.М. Якупов. Известия Оренбургского государственного аграрного университета, 2016, № 2 (58), с. 60-63.
7. Лысов А.К., Лепехин Н.С., Гончаров Н.Р., Каширский О.П. Средства механизации для умо протравливания семенных клубней картофеля при закладке на хранение. Защита сельскохозяйственной продукции от вредных организмов при хранении: сборник научных трудов. Всесоюзная ордена Ленина и ордена Трудового красного знамени Академия сельскохозяйственных наук им. В. И. Ленина, Всесоюзный ордена Трудового красного знамени научно-исследовательский институт защиты растений. Ленинград, 1991, с. 49-52.
8. Kukharev, O.N., Semov I.N., Rylyakin E.G. The technical solution for a laminated coating on a rounded surfaces. Contemporary Engineering Sciences, 2015, v. 8, № 9, p. 481-484.
9. Мачнева О. Ю., Кухарев О. Н., Малинин А. Н. Предпосевная обработка семян и технические средства для протравливания семян. Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сборник статей Международной научно-практической конференции молодых ученых, посвященная 65-летию ФГБОУ ВО Пензенская ГСХА. Том II. Пензенская ГСХА. Пенза: РИО ПГСХА, 2016, с. 166-169.
10. Клочков А.В., Гордеенко О.В., Шкуратов С.С., Азаренко В.В. Анализ способов и технических средств протравливания семян и перспективы их развития. Минск: Агропанорама, 2019, с. 20-24.
11. Cutrubinis M., Delincee H., Stahl M., Röder O., Schaller H.J. Preliminary results on detection of maize treated with electrons for seed dressing and according decontamination and infestation -GesundePflanzen. Moskow, 2005, v. 57, № 5, p. 129-136.
12. Kukharev O.N., Polikanov A.V., Semov I.N. The technology of obtaining high-quality seeds of sugar beet. Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences, 2017, v. 8, № 1, p. 1210-1213.
13. Pons X., Albajes R. Control of maize pests with imidacloprid seed dressing treatment in catalonia (ne iberian peninsula) under traditional crop conditions. Crop Protection, 2002, v. 21, № 10, p. 943-950.
14. Gierz L., Przybyt K., Koszela K., Markowski P. The effectiveness of the application of a chemical agent (dressing) to seed potatoes by means of an innovative valve enabling intermittent flow of a liquid. Agriculture, 2020, v. 10, № 3, p. 85.
15. Das C.K., Srivastava G., Das M., Dubey A., Philip D., Roy M., Saxena M., Sarkar S., Jain S., Sethy N.K., Misra K., Bhargava K., Harke S., Singh S.K. Nano-iron pyrite seed dressing: a sustainable intervention to reduce fertilizer consumption in vegetable (beetroot, carrot), spice (fenugreek), fodder (alfalfa), and oilseed (mustard, sesamum) crops. Nanotechnology for Environmental Engineering, 2016, v. 1, № 1, p. 2.
UDC 632.08
DOI 10.36461/NP.2021.59.2.007
STUDY RESULTS OF SEED DRESSING UNIT
O.N. Kukharev, Doctor of engineering sciences, professor; I. N. Semov, Candidate of engineering sciences, associate professor; K.S. Kondratyeva, postgraduate student
Federal State Funded Educational Institution of Higher Education Penza State Agrarian University, Penza, Russia, e-mail: semov.i.n@pgau.ru
The materials of the article are devoted to an urgent problem which is reducing the loss of seed germination during storage in granaries. Seed dressing is the primary stage in the formation of the optimal phytopathological state of crops, which determines the further development of diseases. The equipment used by complanies for seed dressing does not always meet modern agrotechnical requirements, therefore, it is necessary to conduct research to increase the quality of seed dressing
with the proposed unit, substantiating its design and technological parameters. During the implementation of the work, experimental methods were used, such as modeling, observation, experiment. As a result, a process flow diagram and a design of a unit for a grain flow disinfecting during storage were obtained and the optimal parameters of the proposed device were determined.
Key words: seed dressing, disinfection, continuous flow.
References
1. Gubanova V. M. Workshop on vegetable growing: a tutorial. 2nd edition, stereotyped. St. Petersburg: Lan, 2020, 316 p.
2. Machnev A.V., Struzhkin N.I., Laryushin N.P. Technologies and means of agricultural mechanization. Penza: RIO PSAA, 2016, 255 p.
3. Vyalykh V.A., Savushkin S.N. Improvement of the technological process of seed dressing. Plant protection and quarantine, 2011, No. 8, p. 39-42.
4. Lavrinova V.A. The future harvest depends on seed dressing. Plant protection and quarantine, 2012, No. 9, p. 25-26.
5. Venevtsev V.Z. Complex effect of dressing of winter grain crops. Plant protection and quarantine, 2014, No. 9, p. 21-22.
6. Khasanov E.R. Justification of the design and technological parameters of the drum-type seed treater / E.R. Khasanov, T.I. Nurtdinov, A.M. Yakupov. Bulletin of the Orenburg State Agrarian University, 2016, No. 2 (58), p. 60-63.
7. Lysov A.K., Lepekhin N.S., Goncharov N.R., Kashirsky O.P. Means of mechanization for dressing potato seed tubers when laying for storage. Protection of agricultural products from harmful organisms during storage: collection of scientific papers. All-Union Order of Lenin and Order of the Red Banner of Labor Academy of Agricultural Sciences. V.I. Lenin, All-Union Order of the Red Banner of Labor Research Institute for Plant Protection. Leningrad, 1991, p. 49-52.
8. Kukharev, O.N., Semov I.N., Rylyakin E.G. The technical solution for a laminated coating on a rounded surfaces. Contemporary Engineering Sciences, 2015, v. 8, no. 9, p. 481-484.
9. Machneva O. Yu., Kukharev O. N., Malinin A. N. Presowing seed treatment and technical means for seed treatment. The contribution of young scientists to the innovative development of the agro-industrial complex of Russia: a collection of articles of the International Scientific and Practical Conference of Young Scientists, dedicated to the 65th anniversary of the Penza State Agricultural Academy. Volume II. Penza State Agricultural Academy. Penza: RIO PSAA, 2016, p. 166-169.
10. Klochkov A.V., Gordeenko O.V., Shkuratov S.S., Azarenko V.V. Analysis of methods and technical means of seed dressing and prospects for their development. Minsk: Agropanorama, 2019, p. 20-24.
11. Cutrubinis M., Delincee H., Stahl M., Roder O., Schaller H.J. Preliminary results on detection of maize treated with electrons for seed dressing and according decontamination and infestation -GesundePflanzen. Moskow, 2005, v. 57, № 5, p. 129-136.
12. Kukharev O.N., Polikanov A.V., Semov I.N. The technology of obtaining high-quality seeds of sugar beet. Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences, 2017, v. 8, № 1, p. 1210-1213.
13. Pons X., Albajes R. Control of maize pests with imidacloprid seed dressing treatment in catalonia (ne iberian peninsula) under traditional crop conditions. Crop Protection, 2002, v. 21, № 10, p. 943-950.
14. Gierz L., Przybyt K., Koszela K., Markowski P. The effectiveness of the application of a chemical agent (dressing) to seed potatoes by means of an innovative valve enabling intermittent flow of a liquid. Agriculture, 2020, v. 10, № 3, p. 85.
15. Das C.K., Srivastava G., Das M., Dubey A., Philip D., Roy M., Saxena M., Sarkar S., Jain S., Sethy N.K., Misra K., Bhargava K., Harke S., Singh S.K. Nano-iron pyrite seed dressing: a sustainable intervention to reduce fertilizer consumption in vegetable (beetroot, carrot), spice (fenugreek), fodder (alfalfa), and oilseed (mustard, sesamum) crops. Nanotechnology for Environmental Engineering, 2016, v. 1, № 1, p. 2.
