Разработка комбинированного сошника для укладки и заделки семян зерновых культур и гранул минеральных удобрений при их разноуровневом внесении тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат наук Калабушев Андрей Николаевич

• Калабушев Андрей Николаевич
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Калабушев Андрей Николаевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. 1 Анализ научной проблемы и пути ее решения

1.2 Существующие технологии и технические средства для посева зерновых культур с внесением минеральных удобрений

1.3 Конструктивные схемы сошников зерновых сеялок

1.4 Обзор конструктивных схем сошников для разноуровневого внесения удобрений и посева семян зерновых культур

1.5 Цель и задачи исследований

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАБОТЫ КОМБИНИРОВАННОГО СОШНИКА С и-ОБРАЗНЫМ ЗАГОРТАЧЕМ

2.1 Описание предлогаемой конструктивно-технологической схемы комбинированного сошника с и-образным загортачем

2.2 Исследование движения потока удобрений в туконаправителе

2.3 Определение угла наклона выходных отверстий туконаправителя

2.4 Определение расстояния между плоскостями выходных отверстий туконаправителя и семяпровода

2.5 Исследование осыпания почвы в борозду

2.6 Обоснование ширины уплотнителя ложа

2.7 Определение плотности почвы на дне борозды

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫ Х

ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Методика проведения лабораторных исследований

3.1.1 Методика определения физико-механических свойств семян яровой пшеницы сорта «Архат» и минерального гранулированного удобрения «Аммофос»

3.1.2 Методика определения физико-механических свойств почвы

3.1.3 Описание лабораторной установки

3.1.4 Методика определения числа семян яровой пшеницы и гранул минеральных удобрений, заделанных на заданной глубине

3.1.5 Методика проведения многофакторного эксперимента по определению влияния оптимальных конструктивных параметров комбинированного сошника с и-образным загортачем

3.2 Методика лабораторно-полевых исследований комбинированного сошника с U-образным загортачем

3.2.1 Уточнение оптимальных конструктивных параметров комбинированного сошника с U-образным загортачем

3.2.2 Определение сопротивления перемещению комбинированного сошника с U-образным загортачем при лабораторно-полевых исследованиях

3.2.3 Методика определения динамики всходов яровой пшеницы сорта «Архат»

3.2.4 Определение распределения растений в ряду

3.2.5 Определение глубины заделки семян и удобрений

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

4.1 Результаты лабораторных исследований

4.1.1 Результаты изучаемого сорта семян яровой пшеница «Архат»

4.1.2 Результаты определения физико-механических свойств и влажности минерального удобрения «Аммофос»

4.1.3 Определение физико-механических свойств почвы

4.1.4 Результаты проведения многофакторного эксперимента по определению влияния оптимальных конструктивных параметров комбинированного сошника с U-образным загортачем

4.1.5 Определение глубины заделки семян яровой пшеницы

4.2 Результаты лабораторно-полевых исследований

4.2.1 Испытания экспериментальной сеялки

4.2.3 Динамика появления всходов яровой пшеницы

4.2.4 Определение глубины заделки семян и удобрений

4.2.5 Определение распределения семян по длине рядка

4.2.6 Определение урожайности пшеницы яровой сорта «Архат»

4.2.7 Определение сопротивления комбинированного сошника с U-образным загортачем

5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ СЕЯЛКИ С КОМБИНИРОВАННЫМИ СОШНИКАМИ С U-ОБРАЗНЫМ ЗАГОРТАЧЕМ

5.1 Расчет балансовой стоимости сеялки СЗ-5,4-06 с комбинированными сошниками с U-образным загортачем

5.2 Расчет основных показателей эксплуатационных затрат

5.3 Экономическая эффективность от применения сеялки СЗ-5,4-06 с

комбинированными сошниками с U-образным загортачем

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка комбинированного сошника для укладки и заделки семян зерновых культур и гранул минеральных удобрений при их разноуровневом внесении»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Зерновые культуры являются одними из главных источников продовольствия. Подтверждением этому служит постоянно увеличивающиеся посевные площади зерновых культур. Так, в России в 2018 году зерновые и зернобобовые культуры занимали площади 44,8 млн. га, из которых 26,7 млн. га засеяны пшеницей. Обеспечение стабильных и высоких урожаев зерновых культур в значительной степени зависит от качества проведенного посева, в том числе от завершающей операции - укладки и заделки семян и удобрений.

К оценочным показателям качества укладки и заделки семян зерновых культур и гранулированных минеральных удобрений при их разноуровневом внесении относят: распределение семян в ряду, глубину заделки семян и удобрений, почвенную прослойку между семенами и удобрениями. Достичь улучшения этих показателей можно применением в зерновых сеялках комбинированных сошников для укладки и заделки семян зерновых культур и гранул минеральных удобрений при их разноуровневом внесении. Однако сеялки с серийными сошниками имеют недостатки, к которым относятся: образование негоризонтального, относительно поверхности почвы, дна борозды; осыпание стенок борозды; неравномерная почвенная прослойка между семенами и удобрениями. При этом укладка семян зерновых культур ведется на неуплотненное ложе. От этого урожайность с. -х. культуры снижается. Поэтому необходимо разработать комбинированный сошник, конструкция которого обеспечивает оптимальную укладку и заделку семян зерновых культур и гранул минеральных удобрений при их разноуровневом внесении.

Степень разработанности темы. В развитие современных конструкций рабочих органов посевных машин и комплексов большой вклад внесли Д.В. Боков, В.П. Горячкин, Н.П. Ларюшин, В.И. Курдюмов, Е.П. Огрызков, М.К. Шайхов, М.Н. Чаткин, П.В. Крючин, В.Н. Кузьмин, В.Г. Кушнир, М.В. Сабликов, G Vasant, A. Werner, B. Bulletin и другие ученые.

Из числа разработок различных конструкций комбинированных сошников, в том числе сошников для укладки и заделки семян зерновых культур и гранул минеральных удобрений при их разноуровневом внесении, следует выделить двухдисковые сошники с различными бороздообразователями и направителями семян и удобрений, которые применяются на большинстве сеялок, используемых в России (Amazone Primera, Amazone Citan 6000, Тавричанка-6, Обь- 4ЗТ, СЗ-5,4 и другие). Анализ их конструкций показал, что они не в полной мере отвечают требуемым оценочным показателям качества укладки и заделки семян зерновых культур и гранулированных минеральных удобрений при их разноуровневом внесении. В числе основных недостатков указанных сеялок стоит образование посевной бороздки неправильного профиля, без уплотнения борозды перед укладкой семян зерновых культур, нарушение глубины заделки семян зерновых культур и гранулированных удобрений, а также нарушение почвенной прослойки между семенами и гранулами минеральных удобрений. Следовательно, известные комбинированные сошники сеялок не в полной мере обеспечивают необходимое качество укладки и заделки семян зерновых культур и гранулированных минеральных удобрений при их разноуровневом внесении. Поэтому разработка, направленная на повышение качества укладки и заделки семян зерновых культур и гранул минеральных удобрений при их разноуровневом внесении применением комбинированного сошника с новой конструкцией туконаправителя, семяпровода и загортача, является актуальной.

Работа проводилась по плану НИОКР ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ, тема № 32 «Ресурсосберегающие технологии и технические средства для производства продукции растениеводства и животноводства».

Цель исследований - повышение качества укладки и заделки семян зерновых культур и гранулированных минеральных удобрений разработкой и применением комбинированного сошника с U-образным загортачем.

Задачи исследований:

1. Обосновать и разработать конструктивно-технологическую схему и конструкцию комбинированного сошника с ^образным загортачем для укладки и заделки семян зерновых культур и гранул минеральных удобрений при их разноуровневом внесении с учетом физико-механических свойств семян яровой пшеницы сорта «Архат» и гранулированного минерального удобрения «Аммофос».

2. Выполнить теоретические исследования технологического процесса работы комбинированного сошника с ^образным загортачем для укладки и заделки семян зерновых культур и гранул минеральных удобрений при их разноуровневом внесении с учетом взаимодействия гранул минеральных удобрений и семян зерновых культур с почвой.

3. Изготовить опытно-конструкторский образец комбинированного сошника с ^образным загортачем, провести лабораторные исследования комбинированного сошника по влиянию его конструктивных параметров на качество укладки и заделки семян зерновых культур и гранулированных минеральных удобрений при их разноуровневом внесении, определить рациональные значения этих параметров.

4. Провести исследования экспериментальной сеялки, оснащенной комбинированными сошниками с ^образным загортачем для укладки и заделки семян зерновых культур и гранул минеральных удобрений при их разноуровневом внесении, в лабораторно-полевых условиях, определить оптимальные значения конструктивных параметров комбинированного сошника и выполнить оценку экономической эффективности её применения.

Предмет исследований - оценочные показатели качества укладки и заделки семян зерновых культур и гранулированных минеральных удобрений при их разноуровневом внесении комбинированным сошником с U-образным загортачем.

Научную новизну работы составляют:

- теоретические зависимости по определению конструктивных параметров комбинированного сошника с ^образным загортачем для укладки и заделки семян зерновых культур и гранул минеральных удобрений при их разноуровневом внесении;

- конструкция комбинированного сошника с ^образным загортачем для укладки и заделки семян зерновых культур и гранул минеральных удобрений при их разноуровневом внесении;

- оптимальные значения конструктивных параметров комбинированного сошника с ^образным загортачем, оказывающие влияние на оценочные показатели укладки и заделки семян зерновых культур и гранулированных минеральных удобрений при их разноуровневом внесении;

- численные значения оценочных показателей укладки и заделки семян зерновых культур и гранулированных минеральных удобрений при их разноуровневом внесении экспериментальной сеялкой, оснащенной комбинированными сошниками с ^образным загортачем.

Новизна технического решения подтверждена патентом РФ на изобретение № 2671704 «Комбинированный сошник».

Теоретическая и практическая значимость работы. Установлены теоретические зависимости оценочных показателей укладки и заделки семян зерновых культур и гранулированных минеральных удобрений при их разноуровневом внесении от конструктивных параметров комбинированного сошника с ^образным загортачем. Экспериментальная сеялка с комбинированными сошниками для укладки и заделки семян зерновых культур и гранул минеральных удобрений при их разноуровневом внесении обеспечивает равномерную почвенную прослойку между семенами и удобрениями на уровне 25 ± 3 мм, снижение неравномерности глубины заделки семян и удобрений, неравномерности распределения семян зерновых культур в ряду по отношению к посевам, осуществляемым серийной сеялкой СЗ-5,4-06.

Реализация результатов исследований. На ООО «Агро Комплект» Пензенской области изготовлена сеялка, оснащенная комбинированными сошниками с U-образным загортачем для укладки и заделки семян зерновых культур и гранул минеральных удобрений при их разноуровневом внесении, прошедшая производственную проверку и внедренная в ООО «КФХ Антоново».

Методология и методы исследований. За основу теоретических исследований взяты основные законы классической механики, математики и теории посевных и посадочных машин. Экспериментальные исследования проводились на основе сравнительных лабораторно-полевых исследований оценочных показателей укладки и заделки семян зерновых культур и гранулированных минеральных удобрений при их разноуровневом внесении сеялкой, оснащенной комбинированными сошниками с U-образным загортачем. Экспериментальные исследования выполнены с использованием стандартных методик (ГОСТ 31345-2007, СТО АИСТ 5.6-2010). Анализ и обработка результатов исследований проводились с использованием программ Statistica 6.0 RUS, Microsoft Office и др.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

1. Конструкция комбинированного сошника с U-образным загортачем для укладки и заделки семян зерновых культур и гранул минеральных удобрений при их разноуровневом внесении.

2. Теоретические зависимости по определению расстояния от основания выходного отверстия туконаправителя до U-образного загортача, расстояния между плоскостями выходных отверстий туконаправителя и семяпровода, ширины уплотнителя ложа.

3. Оптимальные конструктивные параметры комбинированного сошника с U- образным загортачем для укладки и заделки семян зерновых культур и гранул минеральных удобрений при их разноуровневом внесении.

4. Численные значения оценочных показателей, характеризующих качество укладки и заделки семян зерновых культур и гранулированных минеральных удобрений при их разноуровневом внесении сеялкой, оснащенной комбинирован-

ными сошниками с ^образным загортачем (распределение семян в ряду, глубина заделки семян и гранул удобрений, почвенная прослойка между семенами и удобрениями).

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов исследований подтверждается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, использованием сертифицированных средств измерения и контроля данных, практической реализацией конструкторской разработки в лабораторных и лабораторно-полевых условиях.

Основные положения диссертационной работы докладывались и были одобрены на региональных, всероссийских и международных научно -практических конференциях ФБГОУ ВО Пензенский ГАУ (2015-2018 гг.), ФГБОУ ВО Самарская ГСХА (2016-2017 гг.), ФГБОУ ВО «МГУ им. Н.П. Огарева (2017-2018 гг.).

Личный вклад соискателя состоит в непосредственном исполнении всех этапов работы, а именно: обзор и анализ существующих сеялок и конструкций сошников для укладки и заделки семян зерновых культур и гранул минеральных удобрений при их разноуровневом внесении, постановка проблемы, формулировка цели и задач исследований, выявление перспективных направлений улучшения оценочных показателей качества укладки и заделки семян зерновых культур и гранулированных минеральных удобрений при их разноуровневом внесении, теоретическое обоснование технологического процесса укладки и заделки семян зерновых культур и гранул минеральных удобрений при их разноуровневом внесении, выявление оптимальных параметров комбинированного сошника с ^образным загортачем, в лабораторных и лабораторно-полевых условиях, а также определение технико-экономической эффективности от использования разработанных технических решений.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 17 печатных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендуемых перечнем ВАК при Ми-нобрнауки РФ и 6 - без соавторов. Получен патент РФ № 2671704 на

изобретение «Комбинированный сошник». Общий объем публикаций составляет 5,3 п.л., из них автору принадлежит 2,9 п.л.

Объем и структура диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов, заключения, списка использованной литературы из 117 наименований и приложения на 21 с. Диссертационная работа изложена на 145 с., содержит 38 табл. и 54 рис.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. 1 Анализ научной проблемы и пути ее решения

Посев является одной из ответственных операций при возделывании зерновых культур. Качественный посев с применением сеялок с сошниками для разноуровневой укладки и заделки семян зерновых культур и гранулированных минеральных удобрений с соблюдением агротехнических требований позволит получить высокий урожай и окупить затраты труда и денежных средств [48].

Одним из основных рабочих органов сеялки является сошник. Чтобы получить высокий и устойчивый урожай пшеницы сошники должны обеспечивать разноуровневую укладку и заделку семян зерновых культур и гранулированных минеральных удобрений при равномерном распределении семян и удобрений по длине борозды при соблюдении заданной глубины [45].

Однако сошники зерновых сеялок для разноуровневой укладки и заделки семян зерновых культур и гранулированных минеральных удобрений, не в полной мере отвечают агротехническим требованиям по качеству укладки и даделки семян зерновых культур и гранулированных минеральных удобрений при их разноуровневом внесении. При работе сошники укладывают семена и удобрения с нарушением заданной глубины заделки семян и удобрений, так как нарушается почвенная прослойка между семенами и удобрениями, происходит осыпание борозды, что приводит к снижению урожайности зерновых культур [73].

В связи с этим исследования, посвященные повышению качества укладки и заделки семян зерновых культур и гранулированных минеральных удобрений разработкой комбинированного сошника с U-образным загортачем, являются актуальными и имеет важное экономическое и хозяйственное значение для АПК России [40].

Решением проблем качественной укладки и заделки семян зерновых культур и гранулированных минеральных удобрений и вопросами создания эффективных рабочих органов сеялок занимались многие отечественные и зарубежные ученые. В настоящее время наибольшее распространение в посевных машинах нашли двух-

12

дисковые сошники, при этом они не в полной мере отвечают агротехническим требованиям на посеве [93].

Разработка комбинированного сошника для укладки и заделки семян зерновых культур и гранул минеральных удобрений при их разноуровневом внесении для зерновой сеялки, работающего при укладке и заделке семян и удобрений в соответствии с агротехническими требованиями, требует проведения теоретических и экспериментальных исследований процесса его работы, что позволит на основе выявленных закономерностей создать наиболее эффективный вариант конструкции комбинированного сошника. Одним из вариантов решения этой проблемы является комбинированный сошник для укладки и заделки семян зерновых культур и гранул минеральных удобрений при их разноуровневом внесении [68].

1.2 Существующие технологии и технические средства для посева зерновых культур с внесением минеральных удобрений

В настоящее время актуальными остаются вопросы технического обеспечения высококачественного посева c минимальными затратами трудовых и производственных ресурсов, а также рационального использования минеральных удобрений, это объясняется повышением интенсификации производства, а также развитием комплексного подхода к возделыванию зерновых культур. Оптимальные условия для роста и развития растений зависят от способа посева, при котором обеспечивается достаточное количество питательных веществ, света, влаги, тепла, а также обеспечивать наиболее благоприятную площадь питания и наименьшие затраты при приизводсте. Поэтому, способ посева в первую очередь выбирают в зависимости от климатических условий, почвы и соотношения в ней элементов питания, качеств семян, а так же потребности возделываемой культуры в разых I питательных элементах. Для достижения максимального эффекти от использования удобрений, необходимо соблюдать требования: оптимальную глубину заделки и пространственное размещение, отностительно корней растений, не допустить контакта больших доз удобрений с семенным материалом, чтобы исключить по-

вреждение последнего, а также размещения удобрений в верхнем (пересыхающим) слое почвы, соблюсти равномерность распределения удобрений по глубине заделки и площади внесения. При соблюдении данных условий, гарантируется оптимальная интенсивность всходов и увеличение урожая. В мире в процессе аграрной работы применение минеральных удобрений составляет 120 млн. тонн в год, так как они играют важнейшее значение в увеличении урожайности аграрных культур. Но в практике напрастно пропадает до 30...50% абсолютно всех вносимых минеральных удобрений, что повышает расходы на производство, загрязняет почву и поверхностные воды балластными и биогенными веществами. Причина тому нарушение научно обоснованной технологии внесения, транспортировки и хранения удобрений. В зависимости от сроков, в которые вносятся удобрения, различают основное внесение, при посевное (рядковое) и послепосевное (подкормка) внесение. По характеру расположения минеральных удобрений относительно поверхности внесения различают, поверхностное (разбросное) и внутри-почвенное (локальное) внесение. При поверхностном (разбросном) внесении, удобрения распределяются по поверхности поля. Такой способ внесения является самым несовершенным, основной его недостаток это несоблюдение основных агротехнических требований, в частности соблюдения неравномерности распределения удобрений по полю, которая не должна превышать ±25 % для кузовных машин и ±15 % для туковых сеялок, а фактически при данном способе внесения может превышать допустимую в несколько раз. К примеру, неравномерное распределение азотных удобрений может приводить к недобору урожая на 20. 50 %, а также накоплению нитратов в продуктах питания. Разбросное внесение азотных удобрений при перемешивании их с почвой может приводить к 15. 25 % газообразным потерям азота. Неэффективна технология заделки удобрений культиваторами, плугами и боронами. При применении культиваторов или борон 40.70 % гранул удобрений остается в слое почвы 0.2 см и до 90 % в слое 0.6 см, быстро пересыхающим, что приводит к снижению доступности элементов питания корневым системам растений. Например, с осени производится вспашка почвы под

яровые культуры, что способствует переходу водорастворимого фосфора внесенных удобрений в труднодоступное для растений состояние, усилению необменной фиксации калия почвой и увеличению потерь азота. При локальном размещении, удобрения вносятся непосредственно в почву до или совместно с посевом, при данном способе удобрения расползаются в почве лентами, гнездами или экраном

[45].

При внесении удобрений совместном с посевом, когда удобрения укладываются в одно ложе с семенами, необходимо вносить только небольшие дозы удобрений, чтобы обеспечить мощный старт растений, однако их не хватает на весь вегетационный период, поэтому этот способ необходимо совмещать с основным внесением или дальнейшими подкормками, что ведет к увеличению трудозатрат на производство. Если вносить совместно с семенами большие дозы удобрений, обеспечивающие питание растений на весь период развития, то можно повредить посевной материал и существенно снизить урожайность. Наиболее рациональным является разноуровневое внесение удобрений совместно с посевом, которое позволяет размещать основную дозу удобрений на оптимальных расстояниях относительно семян, так чтобы образовалась почвенная прослойка от 3 до 10 см. Научно обоснованное размещение стартовой и основной доз удобрений совместно с посевом семян зерновых культур, обеспечивают растения необходим ыми питательными элементами на весь период их развития, позволяя максимально рационально использовать удобрения, тем самым достигая их максимальной окупаемости. Также уменьшается негативное воздействие на окружающую среду, что в целом снижает затраты на производство продукции. Внутрипочвенное (локальное) внесение минеральных удобрений одновременно с посевом, можно разделить на три основных типа в зависимости от их взаимного расположения: совместное (в одно ложе с семенами), раздельное (в сторону или глубже от семян) и комбинированное [4].

Совместное внесение удобрений (рисунок 1.1 а), при котором семена и удобрения вносятся в одно ложе, позволяет вносить лишь стартовую дозу удоб-

рений, которой не достаточно для питания растений на весь вегетационный пер иод. При увеличении дозы внесения удобрений появляется риск травмировать посевной материал, а так же увеличить накопление нитратов в растении [ 4].

При раздельном внесении (рисунок 1.1 б) удобрения вносятся сбоку от семян с почвенной прослойкой (3.10 см) изолирующей посевной материал от удобрений, что предотвращает травмируемость семян, но так же семена не получают питание для мощного старта, которое особенно необходимо в умеренных почвенно-климатических условиях [ 14].

а б

Рисунок 1.1 - Способы размещения семян и удобрений: а - совместно с семенами; б - глубже от семян Разноуровневый способ посева семян с одновременным внесением удобрений (рисунок 1.2), позволяет вносить часть удобрений до 30 % совместно с семенами, обеспечивая их питательными элементами для мощного старта, а часть удобрений (основная доза - 70 %) вносится под семенным ложем с почвенной прослойкой, чтобы избежать, повреждение посевного материала. Тем самым обеспечивая растения питательными элементами на все время роста и развития, а также позволяет сократить число технологических операций, уменьшить уплотнение почвы [4].

Рисунок 1.2 - Разноуровневый способ внесения удобрений одновременно с посевом

В таблице 1.1 представлена эффективность локального разноуровневого внесения удобрений.

Таблица 1.1 - Эффективность локального разноуровневого внесения удоб-

рений.

Культура Урожайность Прибавка, т/га от удобрений, внесенных

без удобрений, вразброс Локально в Локально в

т/га один слой два слоя

Озимая рожь 1,25 0,43 0,62 0,92

Яровая рожь 1,2 0,34 0,54 0,78

Озимая пше- 1,27 0,71 1,19 1,42

ница

Яровая пше- 1,17 0,59 0,98 1,29

ница

В итоге можно сделать вывод, что наиболее актуальным является посев зерновых культур с одновременным разноуровневым внесением удобрений, ниже посевного ложа с образованием почвенной прослойки, который обеспечивает равномерное распределение семян и удобрений по площади внесения и позволяет максимально рационально использовать минеральные удобрения и сократить трудовые и производственные затраты на производство продукции.

Сеялка зернотуковая «СЗ-5,4», производитель ПАО "Эльворти" г. Кировоград, применяется для посева зерновых и зернобобовых культур рядовым способом с закладкой стартовой дозы удобрений в засеваемые ряды.

17

Сеялка выпускается в трех модификациях. Технико-экономическая характеристика различных модификаций сеялки приведена в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Технико-экономическая характеристика

Показатели Значение

Марка сеялки Астра СЗ-5,4; Астра СЗ-5,4-06 Астра СЗ-5,4-04

Тяговый класс трактора 1,4 1,4

Тип агрегатирования машины прицепная прицепная

Ширина захвата машины, м 5,4 5,4

Рабочая скорость, км/ч 9-12 9-12

Глубина заделки семян, см 4-8 4-8

Производительность за час основной работы, га 4,9-6,5 4,9-6,5

Производительность за час эксплуатационного времени, га/ч 2,47 2,47

Кол-во высеваемых рядов, шт 36 72

Ширина междурядий, см 15 7,5

Сеялка СЗ-5,4 выпускается в трех модификациях: СЗ-5,4; СЗ-5,4-04; СЗ-5,4-06. Сеялка СЗ-5,4 - производит посев рядовым способом и оборудуется двухдисковыми однострочными сошниками и загортачами пальцевого типа; Сеялка СЗ-5,4-04 - производит посев узкорядным способом и оборудована двухдисковым двустрочным типом сошника и загортачами пальцевого типа; Сеялка СЗ -5,4-06 - производит посев рядовым способом и оборудуется двухдисковыми однострочными сошниками и катками.

Наиболее оптимальной на посеве зерновых является модификация сеялки СЗ-5,4-06 с прикатывающими катками, обеспечивающими лучшее копирование почвы. К недостаткам относится осыпание борозды, образованной дисками сошника, до укладки в неё семян и удобрений направителем открытого типа, в результате чего снижается равномерность распределения семян и удобрений по длине борозды и по глубине их заделки. Также отсутствует уплотнение посевной

бороздки для притока влаги к семенам [50].

Конструктивная схема сеялки СЗ-5,4- 06 приведена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Схема сеялки зернотуковой СЗ-5,4-06: 1 - рама; 2 - маркёр;

3 - сница; 4 - бункер зернотуковый; 5 - механизм передач; 6 - подножка; 7 - подставка; 8 - приспособление дальнего транспорта; 9,10 - прикатывающие колеса; 11 - сошник; 12 - опорно-приводное колесо Сеялка зерновая СЗТ - 4,2. Сеялка СЗТ - 4,2 применяется для посева зерновых культур (пшеница, рожь, ячмень, овес) рядовым способом, а также зернобобовых (горох, соя) и мелкосеменных культур, возможен посев с одновременным внесением минеральных удобрений и последующим прикатыванием. Агрегати-руют сеялку при помощи тракторов с тяговым классом от 1,4 и выше. Ширина захвата машины - 4.2 м. Рабочая скорость 8-12 км/ч. Производительность агрегата за час чистого рабочего времени - до 5 га. Общий вид сеялки и устройство рабочего органа представлено на рисунке 1.4.

Сеялка СЗТ- 4.2 состоит из следующих составных частей: бункер, приводной механизм для туков, приводной механизм для семян, рама, лоток с воронками, лоток мерный, транспортное устройство, маркёр, сошниковая секция, дышло, опорно-приводные колеса, гидроцилиндр. Рама сеялки крепится к трактору по-

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Калабушев Андрей Николаевич, 2019 год

/ \

10.00 / ч

5.00 / \

0,00

2,1..2,4 2,4. .2,7 2,7 . 3,0 3,0...3,3 3,3.. 3,0 3,6...3,9 3,0.. 4,2

Ширина, мм

Рисунок 4.4 - Гистограмма распределения семян пшеницы яровой

по ширине, мм

В результате анализа полученных данных определили, что среднее значение длины семян пшеницы яровой сорта «Архат» составляет 6,15 мм, среднее значение толщины - 2,70 мм и среднее значение ширины - 3,3 мм. Угол естественного откоса семян составляет 27°, следовательно, семена яровой пшеницы сорта «Архат» относятся к первой группе сыпучести [16].

4.1.2 Результаты определения физико-механических свойств и влажности минерального удобрения «Аммофос»

Физико-механические свойства гранул удобрений, проводились по методике, основывающийся на требованиях ГОСТов. При проведении исследований были применены методы вариационной статистики с использованием известных понятий, характеризующих вариационный ряд. Все это отразилось на точности экспериментальных данных, с достаточной надежностью [43, 113].

Результаты полученных данных представленные в таблице 4.5

Таблица 4.5 - Характеристика гранулометрического состава удобрений

марки «Аммофос»

Наименование показателей Диаметр гранул, мм

Максимальное значение, мм 5,34

Минимальное значение, мм 0,57

Среднее значение (X мм 2,81

Среднеквадратическое отклонение (а), мм 0,29

Коэффициент вариации (у), % 10,32

При рассмотрении механического состава, заметно, то что среднии значимости диаметра гранул составляют 2,81 миллиметра. В единичных вариантах наибольшие значения были 5,34 миллиметра.

Распределение размеров гранул минеральных удобрений подчиняется закону нормального распределения, что является положительным фактором при работе сошника разноуровневого внесения удобрений и посева семян [43, 66].

Результаты опытных данных характеризующие влажность удобрений марки «Аммофос» представлены в таблице 4.6.

Таблица 4.6 - Влажность удобрений марки «Аммофос»

Наименование показателей Влажность, %

Максимальное значение, °<> 1.25

Минимальное значение, % 0,68

Среднее значение (X), мм 0,965

Среднеквадратическое отклонение (а), мм 0,031

Коэффициент вариации (V), % 3,21

4.1.3 Определение физико-механических свойств почвы

Согласно методике проведения экспериментальных исследований на глубине 0.5 см, 5.10 см, 10.15 см определяли влажность почвы, ее твердость в день посева. В таблице 4.7 приведены данные замеров.

Таблица 4.7 - Результаты исследований твердости и влажности почвы по уровням выбранного участка

Уровни почвы Влажность. % Твердость, МПа

повторность повторность

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

0...5 см 15,2 14,7 14,9 14,5 14,7 0,19 0,23 0,25 0,20 0,23

5.. .10 см 20,4 22.1 19,9 21,3 21,4 0,49 0,57 0,54 0,56 0,52

10...15 см 26 24,8 25,2 24,5 25,6 1,05 0,87 0,97 0,93 0,98

Сред. знач. 20,4 0,57

В результате анализа исследований по определению влажности и твердости почвы поля определили, что среднее значение твердости почвы среднесуглини-стого чернозема составляет 0,57 МПа, а среднее значение влажности почвы - 20,4%.

4.1.4 Результаты проведения многофакторного эксперимента по определению влияния оптимальных конструктивных параметров комбинированного сошника с Ц-образным загортачем

Нами были выделены наиболее существенные факторы, влияющие на сред-неквадратическое отклонение почвенной прослойки между семенами и удобрениями и уровни их варьирования, которые представлены в таблице 4.8.

Так как определить влияние каждого фактора не представляется возможным, то на основании доопытной информации, нами отобраны 8 основных факторов, влияющих на коэффициент вариации почвенной прослойки: 8 - зазор между U - образным загортачем и дисками сошника, к} - расстояние от основания выходного отверстия туконаправителя до ^образного загортача, а - угол наклона плоскости выходного отверстия тукопровода, Ь - ширина уплотнителя ложа, в - угол наклона плоскости выходного отверстия семяпровода, а - ширина захвата ^образного загортача, I - расстояние между плоскостями выходных отверстий туконаправителя и семяпровода, г - радиус отгиба нижней части туконаправителя.

Таблица 4.8 - Факторы, влияющие на среднеквадратическое отклонение

почвенной прослойки между семенами и удобрениями комбинированным сошником с и-образным загортачем

Обозначение Наименование факторов Уровни варьирования

-1 1

Х1 8 - зазор между ^образным загортачем и дисками сошника, мм 5 15

Х2 к} - расстояние от основания выходного отверстия туконаправителя до ^образного загортача, мм 30 90

Х3 а - угол наклона плоскости выходного отверстия тукопровода, град. 60 120

Х4 Ь - ширина уплотнителя ложа, мм 11 17

Х5 в - угол наклона плоскости выходного отверстия семяпровода, град 60 120

Х6 а - ширина захвата ^образного загортача, мм 20 40

Х7 1 - расстояние между плоскостями выходных отверстий туконаправителя и семяпровода, мм 30 70

Х8 г - радиус отгиба нижней части туконаправителя, град. 25 35

В дальнейшем проводился отсеивающий эксперимент, анализируя который

получилась информация о значимости каждого параметра, это помогло исклю-

чить из дальнейшего рассмотрения малозначащие факторы и уменьшить объем дальнейших исследований [39, 55, 74].

Для определения интервалов оптимальных значений конструктивных параметров комбинированного сошника с U-образным загортачем и для определения коэффициента вариации почвенной прослойки между семенами и удобрениями, использовали лабораторную установку, описанную в главе 3.

Зависимость факторов рассматривалась в программе Statistica 6,0 вкладка «Статистика» - «Дополнительные линейные / нелинейные модели» - «Нелинейная оценка» - «Function to be estimated» [103].

Результаты исследований и матрица планирования отсеивающего эксперимента представлены в таблице 4.9, кодированные значения уровней факторов обозначены в левой части знаками (+1) и (-1), среднеарифметические значение параметра оптимизации даны в столбце Y [78].

Таблица 4.9 - Матрица и результаты планирования отсеивающего

эксперимента

№ опыта Факторы Параметр оптимизации

XI Х2 хз Х4 Х5 Хб Х7 XS Y

1 -1 -1 -1 -1 -1 1 -1 -1 5.96

2 -1 -1 1 1 -1 1 1 1 8.05

3 1 1 1 -1 -1 -1 -1 -1 7,05

4 -1 -1 1 -1 1 -1 1 1 2.18

5 1 1 -1 1 -1 -1 -1 -1 5.95

6 1 -1 -1 -1 1 1 1 1 6.91

7 1 1 -1 1 1 1 -1 1 3.36

8 -1 1 1 1 1 -1 -1 1 9.71

9 -1 1 -1 1 1 1 1 -1 4.81

10 1 -1 1 -1 -1 -1 1 1 5.91

Далее обработку вели в программе Statistica 6,0, модулем «Множественная регрессия», после обработки данных получили уровни значимости факторов. Данные представлены в Приложении Г.

Оценку значимости факторов проводили по критерию Стьюдента t. Критерий Стьюдента t используется для определения статистической значимости различий средних величин. Для применения t-критерия Стьюдента необходимо, чтобы исходные данные имели нормальное распределение. Нормальное распределение данных характерно для количественных данных, на распределение которых влияет множество факторов, либо оно случайно [70].

Для построения графика корреляции (Приложение Г2) использовалась программа Statistica v.6, вкладка «Статистика» - «Множественная регрессия» -«Descriptive statistics» - «Matrix plot of Correlations». По столбцу B (Приложение Г1) складывались значения строк Int. (X1, Х2, Х3, Х4, Х5, Х6, Х7, Х8).

Из приложения Г1 и приложения Г2 видно, что наиболее значимыми факторами являются X2, Х4 и Х7. Они значительно увеличивают равномерность почвенной прослойки [79].

Получаем уравнение регрессии:

Y = 35,02 + 8,68Хх -13,25Х2 + 11,1Х3 + 9,6Х4 + 8,63Х5 -+1,94X6 -5,28X7 - 12,03X8. (4 2)

Так как коэффициент корреляции R=0,53324420, а Fmecm=0,074952, который показывает степень плотности (разброса) опытных и расчетных значений. Как видно в приложении 3, имеется несколько точек, выпадающих из 95%-ного доверительного интервала. Остатки, неучтенные уравнением регрессии не подчиняются нормальному закону. Следовательно, полученная модель неадекватно описывает результаты опытов [70]. Проводим обработку данных, выявляем наиболее значимых факторы и строим диаграмму рассеяния значений (Приложение Г1).

Поскольку линейное уравнение регрессии неадекватно описывает экспериментальные данные, поэтому необходимо перейти к планам второго порядка.

96

Проводим обработку данных, выявляем наиболее значимых факторы и строим диаграмму рассеяния значений (Приложение Г3 и Приложение Г 4). Определяем разность между средними значениями факторов, соответствующих уровням как (-1), так и (+1).

Анализируя полученные значения, делаем заключение о величине влияния факторов на параметр оптимизации.

Зазор между Ц - образным загортачем и дисками сошника (Х1) по значимости факторов занимает шестое место, с его увеличением растет и неравномерность почвенной прослойки.

Расстояние от выходного отверстия туконаправителя до Ц-образного загор-тача (Х2) является третим по значимости в сравнении с шириной пятки уплотнителя ложа и расстоянием между плоскостью выходных отверстий, влияющих на равномерность распределения семян и удобрений по глубине ложа, так как с ростом данного показателя загортач забирает больше почвы, что ведет к большей равномерности почвенной прослойки между удобрениями и семенами.

Угол наклона плоскости выходного отверстия тукопровода (Х3) по значимости факторов занимает пятое место, с его увеличением также растет и равномерность распределения по глубине ложа, т.к. удобрения подаются под меньшим углом в борозду.

Ширина уплотнителя ложа (Х4) наиболее важный из всех факторов, влияющих на качество почвенной прослойки, от него зависит образование горизонтального дна борозды и его уплотнение, от чего зависит равномерность распределения семян по длине рядка.

Угол наклона плоскости выходного отверстия семяпровода (Х5) является четвертым по значимости фактором. Величина угла схода семени влияет на отскакивание семян из борозды и чем меньше угол, тем незначительнее оно будет.

Ширина захвата Ц-образного загортача (Х6) по значимости факторов занимает седьмое место и при его увеличении равномерность почвенной прослойки незначительно увеличивается.

Расстояние между плоскостями выходных отверстий туконаправителя и семяпровода (Х7) существенно влияет на коэффициент вариации распределения семян по длине рядка и стоит на втором месте по значимости факторов. Величина расстояния влияет на качество образования почвенной прослоки, чем оно больше, тем качественнее почвенная прослойка.

Радиус отгиба нижней части туконаправителя (Х8) оказывает наименьшее влияние на параметр оптимизации, только значительное уменьшение угла приводит к снижению равномерности почвенной прослойки между семенами и удобрениями.

Для получения математической модели почвенной прослойки между семенами и удобрениями в виде полинома второй степени реализовали ортогональный композиционный план.

Таблица 4.10 - Уровни варьирования и интервалы факторов

Факторы и их обозначение

И} - расстоя-

1 -расстояние ме- ние от осно-

Показатели Кодированное значение Ь - ширина уплотнителя ложа, мм жду плоскостями выходных отверстий туконаправителя и семяпровода, мм вания выходного отверстия тукона-правителя до И-образного загортача, мм

Х1 Х2 Х3

Верхний уровень +1 11 30 30

Основной уровень 0 14 50 60

Нижний уровень -1 17 70 90

Интервал варьирования 3 20 30

В таблице 4.10 представлены уровни варьирования и интервалы варьирования факторов (И} - расстояние от основания выходного отверстия туконаправителя до и-образного загортача, мм; Ь - ширина уплотнителя ложа, мм; I - расстоя-

ние между плоскостями выходных отверстий туконаправителя и семяпровода, мм), оказывающих наибольшее влияние на параметр оптимизации.

Матрица планирования и полученные экспериментальные данные приведены в Приложении Г5.

Сначало зависимости факторов рассматривали линейно в программе «Statistica 6,0». В результате обработки данных математическая зависимость неравномерности почвенной прослойки от конструктивных параметров комбинированного сошника с U-образным загортачем примет вид [91]:

^ = 7,55 + 0,49 • х: + 0,11- х2 +1,77 • х3 . (4.3)

Как видно (Приложение Г6), имеется большинство точек выпадающих из 95%-го доверительного интервала. Остатки, неучтенные уравнением регрессии не подчиняются нормальному закону распределения Множественный коэффициент корреляции принял вид Я = 0, 55685826, ¥пест = 0,048398, из чего можно сделать вывод, что данная линейная зависимость описывает опытные данные неадекватно, следовательно, переходим к зависимости второго порядка [97].

Данные так же обрабатывали в программе «Statistica 6,0» модулем «Нелинейная оценка» и получили математическую зависимость почвенной прослойки от конструктивных параметров комбинированного сошника с U-образным загор-тачем для укладки и заделки семян зерновых культур и гранул минеральных удобрений при их разноуровневом внесении в закодированном виде [103]:

2

у = 4,2375 + 0,490 • х1 - 0,690 • х2 + 2,175 • ^ + 2,912 • х{

2 2 (4.4)

0,887 • х2 + 4,012 • + 0,275 • х^2 + 0,050 • х^ - 0,250 • х2х3

Анализируя данные таблицы можно сделать вывод, что а^ и а23 коэффициент при переменной малозначим, к тому же у него достаточно большая ошибка, поэтому в дальнейших исследованиях необходимо исключить данный коэффициенты из расчётов. С учётом этого математическая зависимость почвенной прослойки между семенами и удобрениями от конструктивных параметров комбинированного сошника с Ц-образным загортачем для укладки и заделки семян зерновых культур и

99

гранул минеральных удобрений при их разноуровневом внесении в закодированном виде будет выглядеть следующим образом:

2 2

у = 4,237 + 0,490 • хл - 0,690 • х0 + 2,17 • ^ + 2,912 • х2 - 0,887 • х2 у , , 1 , 2,3, 1 , 2 (4.5)

+ 4,012 • х32 + 0,275 • ххх2 + 0,050 • х^ - 0,250 • х2х3;

Множественный коэффициент корреляции будет равен R = 0,63320062, множественная мера определенности 63,32%, а F-тест = 0,111. Следовательно, полученная модель адекватно описывает результаты опытов.

В уравнении регрессии при переменных коэффициенты равны: a0 = 4,175; a1 = 4,075; a2 = -0,5900; a3 = 2,270; a11 = 2,975; а22 = -0,825; а33 = 0,590; а12 = 0,400

Рассматриваемый полином описывали многочленом:

а0+а1 х х1-а2 х х2+а3 х хЗ+а11 х х12-а22 х х22+а33 х х32+а12 х х1 х х2 (4.6)

При дифференцировании по переменным х1, х2 и х3 получили систему уравнений:

а1 + 2а11 х х1 + а12 х х2 = 0

а2 + 2а22 х х2 + а12 х х1 = 0 (4.7)

а3 + 2а33 х х3 = 0.

Подставим в систему значение коэффициентов при переменных

^У = 0,590 + 5,950х1 + 0,400х2 = 0 ёх1

= -0,590 - 1,650х2 + 0,400х1 = 0, (4.8)

ёх2

= 2,270 + 8,150x3 = 0.

йх3

Для определения значений факторов, обеспечивающих оптимальное значение коэффициента вариации почвенной прослойки, решаем систему уравнений.

х1 = -0,278

х2 = -0,073 (4.9)

х3 = -0,375

Оптимальные значения факторов Ь, И}, I представлены в таблице 4.11.

Таблица 4.11 - Оптимальные значения факторов

Исследуемые факторы Оптимальные значения факторов

в закодированном виде в раскодированном виде, мм

Ь - ширина уплотнителя ложа, мм - 0,278 13,166

/ - расстояние между плоскостями выходных отверстий туконаправителя и семяпровода, мм - 0,073 35,400

И1 - расстояние от основания выходного отверстия туконаправителя до Ц-образного загортача, мм - 0,375 48,750

Для использования уравнения (4.4) в инженерных расчетах удобнее представить его в раскодированном виде. С учетом значимости коэффициентов регрессии, уравнение (4.5) можно представить следующим выражением:

7=4,175+4,900Ь+0,590^/+2,860И1-1,955Ь2+0,825^/2-0,530И12+0,220/Ь (4.10) При этом У будет равен 8,55 мм., а V будет равен 34,2%.

После получения значений факторов необходимо изучить поверхности отклика в области оптимальных показаний факторов с помощью способа двухмерных сечений.

Для получения двумерного сечения поверхности отклика, характеризующего величину почвенной прослойки от ширины пятки уплотнителя ложа (Х1) и расстояния от основания выходного отверстия туконаправителя до Ц-образного за-гортача (Х3), в уравнение (4.4) подставляли значение х2=0 в результате чего получили:

У=4,175+0,590х1+2,270х3+2,975х12+4,075х32 (4.11)

Затем составляем систему дифференциальных уравнений, представляющих собой частные производные по каждому из двух факторов [79]:

= 5,95х1 + 5,165 = 0,

СХ]

су (4.12)

у = 10,41х, + 4,175 = 0.

x - 3

Решаем систему уравнений (4.12), находим: хj = -0.19; х3 = -0.27 (таблица 4.12).

Подставляя значения XI и х3 в уравнение (4.11), получили значение распределение семян в центре поверхности

7=3,04

Таблица 4.12 - Оптимальные значения факторов

Исследуемые факторы Оптимальные значения факторов

в закодированном виде в раскодированном виде, мм

Ь - ширина уплотнителя ложа, мм - 0,278 13,166

И} - расстояние от основания выходного отверстия туконаправителя до Ц-образного загортача , мм - 0,375 48,750

Уравнение (4.11) вводим в ПЭВМ и строим двухмерное сечение, характеризующее зависимость почвенной прослойки от расстояния от выходного отверстия туконаправителя до Ц-образного загортача (И}) и ширины пятки рыхлителя (Ь).

Анализируя графическое изображение двухмерного сечения (рисунок 4.5), можно сделать вывод, что оптимальные значения исследуемых факторов находятся в интервалах: Ь =13.15 мм, И}= 45,5.75,5 мм, при этом параметр оптимизации соответственно будет составлять 3,04 мм.

Ширина уплотнителя ложа (х0

Рисунок 4.5 - Двухмерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость среднеквадратического отклонения почвенной прослойки между семенами и удобрениями от ширины уплотнителя ложа (х1) и расстояния от основания выходного отверстия туконаправителя до Ц-образного загортача (х3)

По аналогии подставляем фактор х3 с нулевым значением в выражение (4.5) и получаем

У=4,175+0,59х1-0,59х2+2,975х12-0,825х22+0,4х1х2 (4.13)

Решим систему дифференциальных уравнений:

' Су

= 5,8 х + 0,4 х2 + 0,59 = 0,

Сх^

СУ (414)

= 0,4х -1,6х - 0,59 = 0.

Находим координаты центра поверхности отклика в закодированном виде: х1 = - 0,07, х2 = - 0,38 (Таблица 4.13). Подставляя значения х1 и х2 в уравнение (4.13), получили значение неравномерности прослойки в центре поверхности

Г=4,26.

Таблица 4.13 - Оптимальные значения исследуемых факторов

Исследуемые факторы Оптимальные значения факторов

в закодированном виде в раскодированном виде, мм

Ь - ширина уплотнителя ложа, мм - 0,07 13,166

/ - расстояние между плоскостями выходных отверстий туконаправителя и семяпровода, мм -0,38 35,400

Уравнение (4.12) вводим в ПЭВМ и строим двухмерное сечение (рисунок 4.6).

Анализируя графическое изображение двухмерного сечения (рисунок 4.6), можно сделать вывод, что оптимальные значения исследуемых факторов находятся в пределах Ь = 13.15 мм, 1 = 45,3.55,3 мм, при этом параметр оптимизации соответственно будет составлять 4,26 мм.

Ширина уплотнителя ложа(х1)

Рисунок 4.6 - Двухмерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость среднеквадратического отклонения почвенной прослойки между семенами и удобрениями от ширины уплотнителя ложа (х1) и расстояния между плоскостями выходных отверстий туконаправителя и семяпровода (х2)

Аналогично, приравнивая к нулю фактор х1 и подставляя его в уравнение (4.4), получим

У=4,17 5- 0,59х2+2,27х3-0,825х22+4,075х32 (4.15)

Решаем систему дифференциальных уравнений:

Су

= -1,65о2 - 0,59 = 0,

Сх2

Су

Схп

= 8,14х, + 2,2 7 = 0.

(4.16)

<

Определяем координаты центра поверхности отклика в закодированном виде: х2 = -0,357, х3 = -0,278 (Таблица 4.14). Подставляя значения х1 и х2 в уравнение (4.15), получили значение почвенной прослойки между семенами и удобрениямив центре поверхности.

7=3.54.

Таблица 4.14 - Оптимальные значения исследуемых факторов

Исследуемые факторы Оптимальные значения факторов

в закодированном виде в раскодированном виде, мм

1 - расстояние между плоскостями выходных отверстий туконаправи-теля и семяпровода, мм -0,357 35,400

Н1 - расстояние от основания выходного отверстия туконаправителя до и-образного загортача, мм -0,278 48,750

Уравнение (4.15) вводим в ПЭВМ и строим двухмерное сечение, характеризующее зависимость почвенной прослойки между семенами и удобрениями от расстояния между плоскостями выходных отверстий туконаправителя и семяпровода и расстояния от основания выходного отверстия туконаправителя до и-образного загортача (рисунок 4.7).

Рисунок 4.7 - Двухмерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость среднеквадратического отклонения почвенной прослойки между семенами и удобрениями от расстояния между плоскостями выходных отверстий туконаправителя и семяпровода (х2) и расстояния от основания выходного отверстия туконаправителя до и-образного загортача (х3)

Анализируя графическое изображение двухмерного сечения (рисунок 4.7), можно сделать вывод, что оптимальные значения исследуемых факторов находятся в пределах I = 45,3.55,3 мм., к} = 45,5 .75,5 мм, при этом параметр оптимизации соответственно будет составлять 3,54 мм.

Оптимальные значения параметров Ь, I, к} в закодированном и раскодированном виде представлены в таблице 4.15.

Таблица 4.15 - Оптимальные значения исследуемых факторов

Исследуемые факторы Оптимальные значения факторов

в закодированном виде в раскодированном виде,мм

Ь - ширина уплотнителя ложа, мм -0,07 13,166

1 - расстояние между плоскостями выходных отверстий туконаправителя и семяпровода, мм -0,357 35,400

к} - расстояние от основания выходного отверстия туконаправителя до И-образного загортача, мм -0,278 48,750

Переход от кодированных (х}, х2, х3) значений к натуральным (Ь, I, к}) значениям факторов осуществляли в соответствии с условиями эксперимента.

4.1.5 Определение глубины заделки семян яровой пшеницы

В соответствии с представленной методикой проводились исследования по определению глубины заделки семян пшеницы яровой сорта «Архат» (рисунок 4.8) [8, 44].

123456789 10 Глубина заделки, см

экспериментальный --- базовый

Рисунок 4.8 - Распределение семян пшеницы яровой сорта «Архат» по глубине заделки

На основе полученных данных вычисляются статические характеристики: средняя фактическая глубина заделки, среднеквадратичное отклонение (коэффициент вариации), ошибка средней выработки по приведенным выше формулам. Далее проводится сопоставление результатов. Как видно из графика зависимостей, сеялка с экспериментальными сошниками выполнила укладку семян на заданную глубину качественнее по сравнению с серийной сеялкой. Полученные результаты исследований приведены в таблицах 4.16, 4.17 [25].

Таблица 4.16 - Глубина заделки семян пшеницы

Показатель Результаты расчетов

экспериментальная сеялка серийная сеялка

Средняя глубина заделки, см 0,49 0,51

Среднеквадратическое отклонение, мм 1,21 1,34

Коэффициент вариации, % 24,7 26,3

Таблица 4.17 - Доля семян в почвенных слоях

Слой почвы, см Количество семян в слоях, %

Экспериментальный сошник Базовый сошник

1 след 2 след 1 след 2 след

0-1 0 0 0 0

1-2 0 0 0,4 0,3

2-3 2,8 2,9 5,9 5,7

3-4 7,2 8,1 8,2 8,5

4-5 41,6 42,7 30,4 33,6

5-6 43,3 41,8 35,3 34,8

6-7 4,4 3,6 11,7 12,5

7-8 0,7 0,9 7,4 4

8-9 0 0 0,7 0,6

9-10 0 0 0 0

Процент семян в слое 4...6 см, % 84,9 84,5 65,7 68,4

В результате анализа полученных значений было установлено, что число семян, заделанных в заданном слое (84,5.84,9%) выше показателей серийной сеялки (65,7.68,4 %).

4.2 Результаты лабораторно-полевых исследований 4.2.1 Испытания экспериментальной сеялки

При проведении теоретических и лабораторных исследований создать натуральные условия практически невозможно. Поэтому использовалась приближенная технологическая схема работы экспериментального сошника. При проведении полевых испытаний сеялки СЗ-5,4-06 с комбинированными сошниками с И-образным загортачем выбирался ровный участок. Почва представляла собой обыкновенный чернозём среднесуглинистого гранулометрического состава. При полевых исследованиях были взяты семена пшеницы яровой сорта «Архат» с нормой высева 200 кг/га. Характеристика семян приведена в таблице 4.18 [25].

Таблица 4.18 -Характеристика семян пшеницы яровой сорта «Архат»

Показатель Значение

Норма высева, кг/га 200

Сортовая чистота, % 97

Влажность, % 12

Всхожесть, % 98

Масса 1000 шт. семян, г 37-44

Исследования проводились с использованием сеялки СЗ-5,4-06 (рисунок 4.9) с сошниками разноуровневого внесения удобрений и посева семян.

Рисунок 4.9 - Общий вид сеялки оборудованоой комбинированными сошниками с U-образным загортачем

Общий вид с комбинированного сошника с U-образным загортачем представлен на рисунке 4.10.

Рисунок 4.10 - Общий вид комбинированного сошника с U-образным загор-

тачем

Рисунок 4.11 - Схема сеялки зерновой СЗ-5,4-06: 1 - рама; 2 - маркёр;

3 - сница; 4 - бункер зернотуковый; 5 - механизм передач; 6 - подножка; 7 - подставка; 8 - приспособление дальнего транспорта; 9,10 - прикатывающие колеса; 11 - двухдисковый сошник; 12 - опорно-приводное колесо; 13 - туконапра-витель

Сеялка (рисунок 4.11) содержит раму 1, на которой закреплен бункер зернотуковый 4, в нижней части которого установлены катушечные высевающие аппа-

раты из которых посевной материал поступает в семяпроводы (на схеме не указаны). Сеялка также содержит маркеры 2, сницу 3, механизм передач 5, подножку 6, подставку 7, приспособление дальнего транспорта 8, прикатывающие колеса 9,10, обеспечивающие поддержание глубины заделки семян; комбинированный сошник с и-образным загортачем 11, опорно-приводное колесо 12, туконаправитель 13 установленный в задней части комбинированный сошник с И-образным загортачем [91]. Техническая характеристика сеялки СЗ-5,4-06 представлена в таблице 4.19.

Для проведения лабораторно-полевых исследований сеялки СЗ-5,4-06 с комбинированными сошниками с И-образным загортачем для укладки и заделки семян зерновых культур и гранул минеральных удобрений при их разноуровневом внесении был выбран участок в соответствии с агротехническими требованиями и с учетом места в севообороте возделываемой культуры. Определили тип, влажность, твёрдость, механический состав, рельеф и микрорельеф почвы выбранного участка [25].

Таблица 4.19- Техническая характеристика сеялки СЗ-5,4-06 оборудованной комбинированными сошниками с и-образным загорта-чем

Показатель Значение

Обрабатываемая площадь, га/ч 4,5

Скорость работы, км/ч 9

Ширина захвата (эффективная), м 5,4

Высев удобрений на 1 га, кг 25-200

Персонал, чел. 1

Диаметр дисков маркера, см 45

Длина, м 4,3

Ширина, м 9,4

Высота, м 1,68

Емкость бункера для семян, л 680

Максимальный объем удобрений, л 318

4.2.2 Уточнение конструктивных параметров комбинированного сошника с U-образным загортачем

В соответствии с представленной методикой проведено уточнение оптимальных параметров комбинированного сошника с и-образным загортачем. После обработки опытных данных были построены графики (рисунки 4.12, 4.13, 4.14) и определены корреляционные связи между коэффициентом вариации почвенной прослойки между семенами и удобрениями и исследуемыми параметрами [ 20].

Для изучения влияния показателя ширины уплотнителя ложа на почвенную прослойку при укладке и заделке семян зерновых культур показатель ширины уплотнителя ложа изменяли в интервале от 7 до 27 мм. Из анализа полученной зависимости можно сделать вывод, что показатель ширины уплотнителя ложа оказывает значительное влияние на почвенную прослойку между семенами и удобрениями. Оптимальным значением показателя ширины уплотнителя ложа можно считать значение 13,1 мм, при этом коэффициент вариации составит 27%. Дальнейшее увеличение этого показателя приводит к увеличению почвенной прослойки, так как при большей ширине, при попадании в борозду семена отскакивают от дна борозды, тем самым нарушается равномерность почвенной прослойки V.

Результаты испытаний представлены в виде графика (рисунок 4.12).

35

34

в

а 33

а

« 32

В

«31

* 30 н

S 29 В

а 28

S

-е- 27

3 26

25

V = 0 10 89> 2 _ 1 5,2 235 х + 89 58

/

Г

13 18 21

Ширина уплотнителя ложа, мм

24

27

Рисунок 4.12 — Влияние ширины уплотнителя ложа на коэффициент вариации почвенной прослойки между семенами и удобрениями

111

7

Для изучения влияния расстояния между плоскостями выходных отверстий семяпровода и туконаправителя на почвенную прослойку при проходе комбинированного сошника с и-образным загортачем, изменяли расстояние в интервале от 30 до 45 мм.

Оптимальным значением расстояния между плоскостями выходных отверстий семяпровода и туконаправителя комбинированного сошника с И-образным загортачем согласно данным исследований можно считать значение 35,4 мм. При этом коэффициент вариации почвенной прослойки 28,9 %. Расстояние между плоскостями выходных отверстий семяпровода и туконаправителя менее 35 мм. приводит к тому, что почва не успевает закрыть удобрения, что снижает равномерность почвенной прослойки. Расстояние между плоскостями выходных отверстий более 35 мм., приводит к тому, что увеличивается сопротивление комбинированного сошника с И-образным загортачем.

Результаты представлены в виде графика (рисунок 4.13).

^ 39,00 -

В 37,00 -

Я

« 3500 _____________у = 0,0692хг- Э.8946Х+ 31,514 ^

о. К2 0,8556 /

а зз,оо -

я 31,00 <—

в .... ° ^

Я" 29,00 - --- , —--

■6- 27,00 -

Г!

О

^ 25,00 -

25 30 35 40 45

Расстояние между плоскостями выходных отверстий семяпровода и туконаправителя, мм.

Рисунок 4.13 — Влияние расстояния между плоскостями выходных отверстий туконаправителя и семяпровода на коэффициент вариации почвенной прослойки между семенами и удобрениями

Для изучения влияния расстояния от основания выходного отверстия туконаправителя до И-образного загортача на почвенную прослойку, изменяли расстояние в интервале 45.57 мм. Результаты испытаний представлены в виде графика (рисунок 4.14).

_¥.=

0,0

692х2 -Р2 =

0,8556

1,5:

Расстояние от основания выходного отверстия туконаправителя до и-образного загортача, мм.

Рисунок 4.14 — Влияние расстояния от основания выходного отверстия туконаправителя до и-образного загортача на коэффициент вариации почвенной прослойки между семенами и удобрениями

Оптимальным значением расстояния от основания выходного отверстия туконаправителя до и-образного загортача можно считать значение 48,7 мм. При этом коэффициент вариации почвенной прослойки составил 28,7 %. При увеличении данного расстояния, загортач не будет сбрасывать достаточное количество почвы в образованную борозду, тем самым уменьшая необходимую почвенную прослойку между семенами и удобрениями.

В результате проведения лабораторно-полевых исследований сеялки с комбинированными сошниками с И-образным загортачем были уточнены его конструктивные параметры, полученные в результате проведения теоретических и лабораторных испытаний (таблица 4.20).

Таблица 4.20 - Результаты лабораторных и лабораторно -полевых исследо-

ваний комбинированного сошника с и-образным загортачем

Параметры сошника Исследования

Лабораторные Лабораторно-полевые

Ширина уплотнителя ложа, мм 12,8.15,9 13,1

Расстояние между плоскостями выходных отверстий семяпровода и туконаправителя, мм 34,3.40,3 35,4

Расстояние от основания выходного отверстия туконаправителя до И-образного загортача, мм 45,5.55,5 48,7

Проанализировав таблицу 4.20 можно отметить, что отклонения значений результатов исследований находятся в допустимых диапазонах.

4.2.3 Динамика появления всходов яровой пшеницы

Количество семян яровой пшеницы, заделанных на заданную глубину, а также твердость и влажность почвы оказывает влияние на динамику появления всходов пшеницы и полевую всхожесть. Динамика относительной полевой всхожести семян представлена на рисунке 4.15.

чО

40

ш Л

:х 20

к I

о а)

Э 0

.....ш^хйи«

5 О

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Дни наблюдений, сутки

■Экспериментальный сошник

100

I V?

и о^

5 £ 50

05 ^

О 5

С I

и 01

0

0 с

1 Ю

ш о

5 СЕ

и О

I X

01 и

I- Ю X

||||||§И

4 5 6 7 8 9 1011121314 Дни наблюдений, сутки

Экспеиментальный сошник Серийный сошник

Рисунок 4.15 - Динамика и интенсивность относительной полевой всхожести пшеницы

В результате наблюдений за посевами пшеницы яровой сорта «АРХАТ» проведенными сеялкой с экспериментальными сошниками и сеялкой с серийными сошниками отмечаем, что интенсивность появления всходов в первом случае несколько лучше (рисунок 4.15). После прохода экспериментальной сеялки всходы появились на один день раньше, за счет разноуровневого внесения удобрений, чем после прохода серийной сеялки. На девятый день отмечена максимальная разница в количестве всходов за сутки - 9%. Это объясняется тем, что при большей равномерности распределения семян по глубине заделки и длине рядка, растения находятся в более благоприятных условиях для роста и развития, чем семена, заделанные серийными сошниками сеялки СЗ-5,4-06 [64].

4.2.4 Определение глубины заделки семян и удобрений

Почвенную прослойку между семенами яровой пшеницы и гранулами удобрения при посеве определяли за каждым отдельно взятым сошником, при этом снимали почву по слоям, по диагонали выбранного участка в пяти разных местах (рисунок 4.16). Глубину заделки и величину почвенной прослойки семян и удобрений замеряли линейкой [ 64].

Рисунок 4.16 - Срез почвы

После изучения полученных данных получен график (рисунок 4.17). Из анализа графика видно, что семена вне контакта с гранулами удобрения (интервал более 10 мм) составляет 9 5,5 %.

J_I_I_I_I

10 15 20 25 30

Почвенная прослойка, мм

Рисунок 4.17 - Отношение почвенной прослойки к проценту удобрений в слое

Можно сделать вывод, что комбинированного сошника с U-образным за-гортачем для укладки и заделки семян зерновых культур и гранул минеральных удобрений при их разноуровневом внесении заделывает удобрения на заданную

глубину ± 3 мм. - 92,5 %, процент семян, не соприкасающихся с удобрениями составляет 93,9 % при почвенной прослойке 25 ± 3 мм. Таким образом, сеялка с сошниками разноуровневого внесения удобрений и распределения семян удовлетворяет агротехническим требованиям.

4.2.5 Определение распределения семян по длине рядка