Оценка влияния настроечных параметров щелевого высевающего аппарата на вероятность защемления семян



Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Обоснование: Одним из перспективных направлений совершенствования посевных машин является внедрение в производство аппаратов избыточного давления, применение которых не только повышает качество работы сеялок при значительных рабочих скоростях, но и расширяет их функциональные возможности, в том числе и за счет универсализации. Рациональное соотношение настроечных параметров высевающих аппаратов применительно к заданным условиям работы в значительной степени зависит от технологических свойств посевного материала. Так, например, очевидно, что вероятность защемления семян высевающим диском универсального щелевого аппарата избыточного давления зависит от соотношения их толщины и радиального размера питающей щели (который можно варьировать в определенном диапазоне). Определение размерных характеристик семян сельскохозяйственных культур будет способствовать повышению эффективности настроек высевающих аппаратов посевных машин.

Цель: оценка влияния размера радиального зазора между корпусом и высевающим диском универсального щелевого аппарата избыточного давления на вероятность защемления семян.

Методы: Исследование проводилось на примере семян ярового ячменя сорта Вакула урожая 2022 года. На первом этапе с помощью электронного штангенциркуля с точностью до 0,01 мм определялись размеры семян (выборка – 300 шт.), после чего рассчитывались их основные статистические характеристики. На втором этапе была предложена методика определения вероятности защемления семян между корпусом аппарата и рабочей кромкой высевающего диска с использованием полученных ранее данных, в предположении нор-мального распределения значений толщины семян.

Результаты: Было установлено, что в рассматриваемом случае рациональным можно считать радиальный размер питающей щели около 1,9 мм.

Заключение: Предложенная методика может быть применена к семенам других сортов различных культур.

Полный текст

Обоснование

Земледелие – одно из наиболее значимых, с точки зрения выживания человечества, направлений деятельности. Его эволюция закономерно связана с развитием посевной сельскохозяйственной техники.

Технология посева зависит от нормы высева, климатических условий, требований к распределению семян по площади поля и рациональной глубины заделки семян [1].

Важным узлом посевных машин (сеялок) являются их дозирующие системы. На сегодняшний день в Российской Федерации наибольшее распространение получили две конструкции: катушечные (желобчатые) высевающие аппараты и вакуумные аппараты точного высева [2-3].

Катушечные аппараты используются для дозирования и подачи в семяпровод семян сплошного сева, т.е. культур, высеваемых большими дозами (3-6 млн. штук на гектар) с использованием рядового, полосового или безрядкового способа распределения их по площади поля. Конструкция высевающих аппаратов таких комплексов представляют сложную дозирующую пневмораспределяющую систему [4-6].

Вакуумные высевающие аппараты применяются для дозирования семян пропашных культур в конструкции пунктирных сеялок, позволяющих реализовывать широкорядный, пунктирный, гнездовой, квадратно-гнездовой и ленточный способы посева [7-8].

Иногда в конструкциях сеялок (как пропашных, так и сплошного сева) применяются вибрационные аппараты. Однако они не получили широкого распространения [9-10].

В последнее время появились исследования, позволяющие предположить перспективность аппаратов избыточного давления экстрабарического типа [11]. Применение таких аппаратов не только повышает качество работы сеялок при значительных скоростях эксплуатации, но и расширяет их функциональные возможности за счет универсализации, так как одним аппаратом можно дозировать семена зерновых, бобовых и технических культур.

Исследователями предложены различные варианты щелевых высевающих аппаратов: с горизонтальным [12-13] или вертикальным [14] расположением приводных валов.

Вместе с тем, одним из значимых аспектов при посеве является качество посевного материала. В связи с этим, вопросы травмирования семян сохраняют свою актуальность не зависимо от типа посевного аппарата [15-17]. В аппаратах экстрабарического типа массовый высев осуществляется через питающую щель между корпусом аппарата и высевающим диском, где возможно защемление и травмирование семян [18].

Цель

Целью исследования являлось определение рационального значения размера питающей щели в посевном аппарате избыточного давления, позволяющее избежать защемления и травмирования семян сельскохозяйственных культур сплошного сева.

Методы

Учеными Хижняк В.И. и Яценко П.Л. представлена конструкция щелевого высевающего аппарата избыточного давления, обеспечивающая возможность бесступенчатого изменения нормы высева семян с различными физико-механическими свойствами от 20-30 тыс. до 10 млн. шт./га [19-20].

Этот щелевой аппарат экстрабарического типа (Рисунок 1) содержит остов 1, дисковый рабочий элемент 2 с фрикционной накладкой 3, установленный на валу шагового электродвигателя 4. Диск 3 расположен относительно остова 1 так, что между ним и кромками остова формируется питающая щель 5, через которую внутренняя рабочая полость 6 аппарата сообщается с атмосферой. Бункер для семян 7 связан с рабочей полостью аппарата окном 8 и оснащен герметично прилегающей крышкой, исключающей потери воздуха в этом направлении. На остове 1 смонтировано сопло подачи воздуха 9, а внутри остова – заборное сопло 10, связанное с пневмосемяпроводом. В заборной части сопло 10 имеет квадратное сечение, и одна его грань примыкает к рабочей поверхности дискового элемента 2. Над заборным соплом 10, в верхней части остова 1 размещен инициирующий диск 11, управляемый блоком 13 из кабины трактора.

Рассмотрим подробнее его принцип действия. Семена через окно 8 из бункера 7 попадают в рабочую полость 6 аппарата, где за счет подачи воздуха через сопло 9, создается его избыточное давление порядка 2-10·кПа. Выходящий в атмосферу через питающую щель 5 воздух обеспечивает прижатие семян к фрикционной накладке 3 дискового рабочего органа 2. За счет силы трения семена вовлекаются в движение вместе с рабочим органом 2 и подаются к инициирующему диску 11. Поскольку питающая щель 5 в зоне расположения заборного сопла 10 открыта, семена не отрываются от неё при вращении дискового рабочего элемента 2. Таким образом, на протяжении зоны питающей щели 5 формируется их устойчивый односемянный ряд. В соответствии с данными о скорости движения агрегата и заданной норме высева семян в блоке 13 формируются управляющие сигналы, запускающие в работу шаговый электродвигатель 12. При срабатывании электродвигателя 12 инициирующий диск 11 отделяет из сформированного ряда верхнее семя, которое захватывается выходящим из сопла 10 потоком воздуха и через пневмосемяпровод падает в борозду.

Применение цифрового щелевого высевающего аппарата позволяет реализовать управляемый высев и обеспечить бесступенчатую регулировку норм высева семян в достаточно широком диапазоне. Кроме того, из конструкции сеялки исключается большая часть элементов механической трансмиссии, упрощается настройка сеялки на высев заданной нормы семян соответствующей культуры (регулировку можно осуществлять из кабины трактора) и снижается вероятность появления пропусков и групповых подач в рядках посева.

Настройка параметров высевающего аппарата в значительной степени зависит от физико-механических свойств дозируемых семян [21]. Регулировка радиального размера питающей щели определяется величиной толщины семян. Рациональное их соотношение обеспечивает качество работы посевного аппарата [22]. В связи с этим, определение размерных характеристик семян сельскохозяйственных культур будет способствовать дальнейшему конструктивному развитию и оптимизации параметров посевных машин.

Исследования проводились на примере семян ярового ячменя сорта Вакула Одесского селекционно-генетического института, включенного в государственный реестр селекционных достижений Российской Федерации в 2007 году и до сих пор остающегося одним из наиболее урожайных сортов ячменя юга России [23]. Измеряемые семена (элита) были произведены в южной сельскохозяйственной зоне Ростовской области (г. Зерноград) в 2022 году.

Для некалиброванных семян их размеры (длина, ширина и толщина) могут изменяться в достаточно широком диапазоне. Поскольку, в питающей щели могут защемляться семена, размер которых не превышает её радиальный размер, то вероятность защемления  семян можно записать в виде [24]

,                              (1)

где  – размер питающей щели, представляющий радиальное расстояние между кромкой остова аппарата и образующей поверхностью дискового рабочего элемента, мм; , ,  – минимальное, среднее и текущее значения исследуемого размера семян ячменя, мм;  − среднеквадратическое отклонение величины х.

Кривая вероятности  подчиняется нормальному закону распределения и является симметричной относительно линии . При аргументе, стремящемся к бесконечности , функция вероятности  асимптотически приближается к оси абсцисс . В практических расчетах принято считать, что все возможные значения случайных величин лежат в диапазоне . Знание этих особенностей нормального закона распределения позволяет прогнозировать вероятность наступления того или иного события.

Для определения вероятности защемления необходимо знать статистические характеристики распределения размеров семян, определяемые экспериментально. На первом этапе эксперимента отбор проб осуществлялся методом крестообразного деления, дальнейший отбор проводился методом случайных выемок до получения выборки в триста семян.

Измерение размеров семян осуществлялось посредством электронного штангенциркуля с точностью измерений 0,01 мм. Полученные результаты заносились в массив данных и обрабатывались в статистическом редакторе XL (Рисунок 2).

Результаты

С точки зрения рассматриваемого технологического процесса из всех размеров семян наибольший интерес представляет наименьший размер – толщина семян. Для неё были определены значения некоторых основных статистических характеристик (Таблица 1).

Малые значения абсолютной и относительной ошибки измерений (менее 0,6%) подтверждают высокую достоверность полученных результатов. Симметричный колоколообразный характер кривых распределения экспериментально замеренных значений подтверждает нормальный закон распределения.

После подстановки в уравнение (1) экспериментально полученных значений ,  и  была получена зависимость вероятности защемления семян ячменя Вакула от радиального размера  выпускной (дозирующей) щели (Рисунок 3).

Анализ зависимости (Рисунок 5) позволяет сделать предположение, что при дозировании семян ячменя сорта Вакула рациональным является радиальный размер питающей щели равный 1,9 мм. При больших значениях этого настроечного параметра вероятность защемления семян элементами высевающего аппарата резко возрастает. Например, при ширине питающей щели около 2,3 мм вероятность защемления семян составляет почти 15%. При меньших значениях возникает потребность в увеличении напора избыточного воздушного потока, что приводит к увеличению нагрузки на пневмосистему сеялки и вал отбора мощности трактора.

Заключение

Экспериментально определены размерные характеристики семян ячменя сорта Вакула урожая 2022 года. Получены статистические характеристики толщины исследуемых семян: среднее значение – 2,60 мм; среднеквадратическое отклонение значений – 0,25 мм и др.

Разработана методика определения рационального значения настроечного параметра (радиального размера дозирующей щели) в зависимости от размеров (толщины) высеваемых семян. Для посева семян ячменя сорта Вакула рациональное значение радиального размера дозирующей щели составило 1,9 мм.

Разработанная методика оценки влияния радиального размера выпускной щели высевающего аппарата избыточного давления на вероятность защемления семян может быть применима к любым сельскохозяйственным культурам (их сортам и гили гибридам). 

×

Об авторах

Андрей Юрьевич Несмиян

Донской государственный аграрный университет

Email: nesmiyan.andrei@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3473-8081
SPIN-код: 7736-8806

профессор

Россия, 347740, г. Зерноград, ул. Ленина, д. 21

Константин Павлович Дубина

Донской государственный аграрный университет

Email: longonor@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0543-9306
SPIN-код: 2537-0575
Россия, 347740, г. Зерноград, ул. Ленина, д. 21

Ирина Павловна Трояновская

Южно-Уральский государственный аграрный университет;

Автор, ответственный за переписку.
Email: tripav63@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2763-0515
SPIN-код: 6845-7532
Scopus Author ID: 57170706600
ResearcherId: H-7490-2017

профессор,

профессор кафедры Тракторы сельскохозяйственные машины и земледелие

Россия, 457103, г. Троицк, ул. Гагарина, д. 13

Сергей Александрович Войнаш

Казанский федеральный университет

Email: sergey_voi@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5239-9883
SPIN-код: 9532-4604
Scopus Author ID: 57194339935

младший научный сотрудник

Россия, 420008, г. Казань, ул. Кремлевская, 18

Александра Александровна Ореховская

Белгородский государственный аграрный университет

Email: orehovskaja_aa@bsaa.edu.ru
ORCID iD: 0000-0001-8149-7191
SPIN-код: 4274-8150
Россия, 308503, п. Майский, ул. Вавилова, д.1

Список литературы

  1. 1. Несмиян А.Ю. Совершенствование технологического процесса высева семян тыквы аппаратом пневматической сеялки: дис. … канд. техн. наук. Зерноград. 2003.
  2. 2. Melnikov D.G. et al. Analysis of design and technological solutions of strip sowing machines // E3S Web of Conferences. 2020. Vol. 175. No. 05040. doi: 10.1051/e3sconf/202017505040
  3. 3. Tsybulevsky V. et al. Selecting the Best Planter Option Based on Harrington Function // BIO Web of Conference. 2023. Vol. 71. No. 01041. doi: 10.1051/bioconf/20237101041
  4. 4. Романюк Н.Н. и др. К вопросу совершенствования конструкции распределительной головки пневматической зерновой сеялки // Международная научно-практическая конференция «Современные проблемы и пути развития технического сервиса в АПК»; Ноябрь 24–25, 2022. Минск.
  5. 5. Патент РФ № 211107/23.05.2022 Трояновская И.П. и др. Распределительная головка пневматической зерновой сеялки.
  6. 6. Патент РФ № 222334/28.03.2023 Романюк Н.Н. и др. Устройство для поштучной подачи семян сельскохозяйственных культур.
  7. 7. Хижняк В.И. и др. Анализ конструкций пропашных сеялок // Вестник аграрной науки Дона. 2020. № 4 (52). С. 42–52.
  8. 8. Khizhnyak V.I. et al. Evaluation of the efficiency of row-crop seeders using vacuum and extrabaric seed metering methods // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. Vol. 659(1). No. 012045. doi: 10.1088/1755-1315/659/1/012045
  9. 9. Zhang Z.H. et al. Design and experiment on the air-blowing and vibrating supply seed tray for precision seeders // International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 2022. Vol. 15 (3). P. 115-121. doi: 10.25165/j.ijabe.20221503.6873
  10. 10. Вишняков А.С., Вишняков А.А. Исследование вибрационного аппарата для высева мелкосеменных культур // Вестник КрасГАУ. 2009. № 6(33). С. 112-116.
  11. 11. Хижняк В.И. и др. Теоретическое исследование процесса дозирования семян с использованием нагнетающего воздушного потока // Вестник аграрной науки Дона. 2021. № 4 (56). С. 46–54.
  12. 12. Патент РФ № 2340149/10.12.2008 Лобачевский П.Ю. и др. Пневматический высевающий аппарат.
  13. 13. Патент РФ № 2212778/27.08.2008 Лобачевский П.Я. и др. Пневматический высевающий аппарат.
  14. 14. Патент РФ № 2222134/27.01.2004 Лобачевский П.Я. и др. Пневматический высевающий аппарат.
  15. 15. Нуруллин Э.Г. Экспериментальное определение травмирования семян пшеницы в зерновой сеялке с высевающим аппаратом катушечного типа // Всероссийская (национальная) научно-практическая конференция «Актуальные проблемы аграрной науки: прикладные и исследовательские аспекты»; Февраль 04–05, 2021. Нальчик.
  16. 16. Цыпук А.М. и др. Повреждаемость семян сосны в пневматической сеялке // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2015. №. 3(2-2). С. 90-93. doi: 10.12737/11039
  17. 17. Ильченко С.А. и др. Изучение вопроса травмирования посевного материала дозирующими элементами высевающего аппарата пропашной сеялки // Активная честолюбивая интеллектуальная молодёжь сельскому хозяйству. 2023. № 2(15). С. 27-33.
  18. 18. Хижняк В.И. и др. Экспериментальное исследование процесса дозирования семян аппаратом с нагнетаемым потоком воздуха // Вестник аграрной науки Дона. 2022. Т. 15. № 3 (59). С. 50–60. doi: 10.55618/20756704_2022_15_3_50-60
  19. 19. Хижняк В.И. и др. Цифровой высевающий аппарат // Тракторы и сельхозмашины. 2014. № 8. С. 7–9.
  20. 20. Хижняк В.И., Яценко П.Л. Щелевой пневматический высевающий аппарат избыточного давления // Вестник аграрной науки Дона. 2017. №1. С. 88–100.
  21. 21. Несмиян А.Ю. др. Влияние физико-механических свойств семян пропашных культур на качество работы пневмовакуумного высевающего аппарата // Агро XXI. 2012. № 4–6. С. 44.
  22. 22. Nikolaev V. et al. Grain Movement between the Cylinders of a Semi-Automatic Rotary Dryer During Heating // E3S Web of Conferences. 2024. Vol. 548. No. 06019. doi: 10.1051/e3sconf/202454806019
  23. 23. Смольков Н.А., Фролова А.С. Сорт ярового многорядного ячменя – Вакула // VII Международная студенческая научная конференция «В мире научных открытий»; Март 14-15, 2023. Ульяновск.
  24. 24. Nesmiyan A. et al. Probabilistic modeling for dynamic processes // Web of Conferences. 2020. Vol. 175. No. 05019. doi: 10.1051/e3sconf/202017505019

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Эко-Вектор,


 СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: ПИ № ФС 77 - 81900 выдано 05.10.2021.