The results of bench researches of amaranth's precision seeder when planting on an adhesive tape

Abstract

The results of laboratory studies of seeding device for precision amaranth seeding when planting on an adhesive tape have been provided. The description of the research stand developed design has been presented.

Full Text

Развитие животноводства в Поволжском регионе ставит вопрос о необходимости увеличения производства и применения высокоэффективных кормов. Одной из перспективных кормовых культур, обладающих высокой урожайностью и питательной ценностью, является амарант метельчатый, интерес к которому вырос в последние годы. ГНУ НИИС им. Константинова Самарской области проводит селекционные исследования по воспроизводству данной культуры. Лицензирован сорт амаранта «Кинельский 254», проводится работа по созданию новых сортов кормового и зернового направления [1]. Одним главных из условий, позволяющих обеспечить достижение высокой планируемой урожайности амаранта, является его точный посев с заданным межсеменным интервалом. Равномерное распределение растений необходимо в связи с высокими требованиями к зоне питания. В то же время анализ существующей агропрактики и конструкций современных высевающих устройств показывает [9], что они не позволяют полностью соблюдать агротребования по точности распределения семян в рядке при посеве амаранта, ввиду особо малых размеров семян и особенностей их физико-механических свойств. На инженерном факультете Самарской государственной сельскохозяйственной академии под руководством профессора В. П. Гниломедова в 2003-2005 гг. проведены исследования по созданию устройства, способного выполнить точный посев амаранта метельчатого [9]. В настоящее время, проводится разработка опытного образца на основании конструктивных решений по патентам РФ № 61981 и № 2347349 [3, 4]. Опытные посевы, выполненные в ГНУ НИИС им. Константинова экспериментальным высевающим устройством показали принципиальную возможность его применения при возделывании амаранта метельчатого сорта Кинельский 254 [2]. Цель исследования – обоснование конструкции высевающего устройства, позволяющего выполнить точный посев семян амаранта метельчатого при моделировании полевых условий на стенде. Задачи исследований: разработать стенд для исследований равномерности высева семян высевающей секцией, с возможностью моделирования работы в полевых условиях и фиксацией результата на липкой ленте; провести исследования равномерности высева и определить рациональные конструктивные и режимные параметры высевающего устройства для точного высева семян амаранта. На кафедре «Надежность и ремонт машин» Самарской ГСХА разработан стенд для лабораторных исследований равномерности высева семян с.-х. культур на ленту. Стенд (рис. 1) состоит из рамы 1, опорно-приводного механизма 2 и высевающей секции 3 (собранной на базе секции сеялки ССТ – 12Б) с исследовательским высевающим устройством 4, установленным над ленточным транспортером 5. Привод стенда осуществляется через опорно-приводной механизм 2 ременной передачей 6 от стенда КИ-22205, что позволяет плавно и бесступенчато менять скорость движения ленты. Опорно-приводной механизм состоит из опорно-приводных валов 7 и 8, цепной передачи натяжной звездочки 9. Ременная передача 6 передает вращение на вал 7 через шкив. Привод высевающего устройства осуществляется от валов 7 и 8 через опорное пневматическое колесо 10 и редуктор 11 привода высевающей секции. Диапазон частоты вращения высевающего диска изменяется редуктором 11 при помощи цепной передачи и сменных звездочек. Рис. 1. Стенд для лабораторных исследований равномерности высева семян на липкую ленту: 1 – рама приводной ремень; 2 – опорно-приводной механизм; 3 – высевающая секция; 4 – исследовательское высевающее устройство; 5 – ленточный транспортер; 6 – ременная передача; 7, 8 – приводной вал; 9 – звездочка натяжная; 10 – опорное пневматическое колесо; 11 – редуктор Ленточный транспортер 5 (рис. 1) приводится в движение от опорно-приводного вала 8. На ленточном транспортере 5 закрепляют липкую ленту, которая позволяет при работе стенда фиксировать семена, подаваемые высевающим устройством в месте их падения на транспортер. Размеры ленточного транспортёра стенда позволяют фиксировать результаты высева на участках липкой ленты длиной до 4,5 м. Это позволяет выполнить требования ГОСТ 31345-2007 для оценки исследуемого показателя. Длина зачетного участка ленты должна быть не менее 2,5 м [5]. Исследовательское высевающее устройство (рис. 2) состоит из корпуса-бункера 1, ячеистого высевающего диска 6, приспособления для регулировки углов отражателя семян и отражателей 2, 3 и 4, заслонки регулирования хода ячейки диска под слоем семян 5 и выталкивателя, который установлен в нижней части устройства. Устройство монтируется на корпусе высевающей секции свекловичной сеялки ССТ-12Б без штатных деталей (бункер, крышка, семенной диск и выталкиватель). Рис. 2. Исследовательское высевающее устройство: 1 – корпус-бункер; 2, 3, 4 – отражатели семян; 5 – заслонка изменения пути хода ячейки семенного диска под слоем семян; 6 – высевающий диск Конструкция устройства (рис. 2) позволяет устанавливать заданное положение отражателей семян и длину пути хода ячейки семенного диска под слоем семян. Механизмы регулирования положения отражателей 2, 3 и 4 позволяют установить их в диапазоне углов от 90 до 15 град. Ход ячейки диска под слоем семян регулируется заслонкой 5 в пределах от 0 до 90 мм. Рабочая поверхность выталкивателя семян выполнена по логарифмической спирали [10]. Количество ячеек семенного диска рассчитывалось из условий соответствия агротехническим требованиям нормы высева. При работе стенда высевающему диску 6 придается вращение от привода высевающей секции. Семена из корпус-бункера заполняют ячейки высевающего диска 6 и перемещаются к одному из отражателей. Семена, не попавшие в ячейки высевающего диска, двигаются в активном слое семян в сторону вращения диска до соприкосновения с отражателем, который их выталкивает в емкость корпус-бункера без повреждений. Семена, запавшие в ячейки, перемещаются вращающимся высевающим диском до встречи с выталкивателем, который извлекает их из ячеек и сбрасывает на липкую ленту транспортера 5 (рис. 1). Высев на стенде осуществляли на липкую ленту (рис. 3). Использовали ленту, клеящуюся армированную универсальную непрозрачную «Зубр» 12075-50-50 и прозрачную «Зубр» 12031-50. Рис. 3. Распределение семян на участке липкой ленты после высева на стенде При проведении исследований включали привод стенда и прокручивали в установленном режиме два полных оборота высевающего диска и останавливали. Закрепляли на транспортер липкую ленту и снова запускали стенд до полного оборота ленточного транспортера. Регистрацию частоты вращения высевающего диска и приводного вала ленточного транспортера проводили тахометром DТ6235В с торца вала привода диска и вала привода опорно-пневматического колеса. Останавливали стенд, снимали ленту с транспортера. Проводили измерение интервалов между семенами, высеянными на ленте, результаты заносили в журнал наблюдений. Погрешность измерения интервалов составляла не более +5 мм (ОСТ 10 5.1-2000). Опыты проводили в трехкратной повторности. Равномерность высева оценивали коэффициентом вариации V= σ/lср, (1) где σ – среднеквадратическое отклонение среднего расстояния между семенами на зачетном участке липкой ленты мм; lср – среднее расстояние между семенами на зачетном участке липкой ленты, мм. Для оценки влияния режимных и конструктивных параметров работы высевающего устройства на равномерность высева семян амаранта проводили серии опытов. Устанавливали следующие значения факторов, определяющих работу высевающего устройства: угол отражения семян φ – в диапазоне от 15 до 30 град.; длину хода ячейки высевающего диска под слоем семян l в диапазоне от 8 до 72 мм. Частоту вращения высевающего диска n задавали в интервале от 5 до 17 мин-1, что соответствует окружной скорости υ на поверхности диска 0,05-1,96 м/с. Принятые значения частоты вращения высевающего диска и задаваемая на стенде скорость движения ленты транспортера соответствовали диапазону рабочих скоростей сеялок точного высева [6]. Для определения значимых факторов, определяющих процесс высева семян исследовательским устройством, использовали методику многофакторного планирования экспериментов для реализации эксперимента по плану 23. На основании результатов предварительных исследований были приняты интервалы и уровни варьирования основных факторов (табл. 1). Таблица 1 Интервалы и уровни варьирования основных факторов Уровни варьирования факторов Факторы Факторы в кодированном виде мм υ, м/с φ, град X1 X2 X3 Верхний 64 0,15 25 +1 +1 +1 Нижний 16 0,05 15 -1 -1 -1 Основной 40 0,01 20 0 0 0 Интервал варьирования 24 0,05 5 1 1 1 Результаты обрабатывались по методике, изложенной в работе Л. С. Ушакова и др. [7], а также с использованием программных средств Microsoft Excel, Statistica и MathCAD. В результате исследований были получены графические зависимости (рис. 4) и уравнения регрессий, характеризующие изменение вариации межсеменных интервалов от исследуемых факторов. Уравнение регрессии, полученное по результатам многофакторного эксперимента, имеет вид (2) и в раскодированном виде: (3) Анализ коэффициентов уравнения (3) показывает, что наибольшее влияние на равномерность высева оказывают: ход ячейки под слоем семян , угол наклона отражателя φ. В меньшей степени влияние на равномерность высева оказывает линейная скорость обода высевающего диска υ. Анализ полученных поверхностей отклика показывает, что наименьшая вариация достигается при минимальных значениях угла установки отражателя, частоты вращения высевающего диска и наибольших значениях длины хода ячейки под слоем семян. Полученные при высеве на ленту графические зависимости (рис. 4) позволяют анализировать изменение вариации межсеменного интервала в зависимости от исследуемых факторов. При угле установки отражателя семян 30° (рис. 4а) на всем диапазоне исследуемых частот вращения высевающего диска и длины хода ячейки под слоем семян вариация межсеменных интервалов выходит за допустимые пределы агрономических требований к устройствам пунктирного посева. Следует отметить, что для пунктирного посева сеялками точного высева установлены допустимые значения коэффициента вариации по равномерности распределения семян в рядке не более 35% [6], однако для точного посева амаранта метельчатого с интервалом 45-55 мм, в соответствии с агротехническими требованиями, необходимо достижение вариации не более 10-12% [1]. а) б) в) г) ◊ - 5 мин-1, ▪ - 9 мин-1, ∆ - 13 мин-1, ● – 17 мин-1 Рис. 4. Изменение вариации V расстояний между семенами продольно в рядке, в зависимости от длины хода ячейки высевающего диска под слоем семян , частоты вращения диска n и угла установки отражателя: а) φ=30°, б) 25°, в) φ=20°, г) φ=15° Вариация межсеменных интервалов при угле отражателя 25° (рис. 4б) на всех режимах частоты вращения высевающего диска соответствует агрономическим требованиям к устройствам пунктирного посева при длине хода ячейки под слоем семян, начиная с 48 мм. При длине хода ячейки более 68 мм и частоте вращения высевающего диска 5-9 мин-1 достигается вариация 8-9%. При угле установки отражателя 20° и длине хода ячейки высевающего диска под слоем семян от 38 мм на всех режимах вариация межсеменных интервалов соответствует агрономическим требованиям к устройствам пунктирного посева. Стабилизация вариации на величине 8-9% происходит при открытии заслонки хода ячейки высевающего диска под слоем семян более 56 мм (рис. 4в). Наилучшая равномерность распределения достигается при угле установки отражателя семян φ = 15° (рис. 4г). Вариация межсеменных интервалов при частоте вращения высевающего диска 5 и 9 мин-1 соответствует агрономическим требованиям к устройствам пунктирного посева (менее 35%), при длине хода ячейки, начиная с 16,9 мм, для частоты вращения высевающего диска 17 мин-1 вариация снижается до значения 8-10%, при длине хода ячейки более 32 мм, для частот 5 и 9 мин-1 вариация соответствует значениям 8-10%, начиная с 20 мм, что позволяет выполнить требования по равномерному посеву амаранта и обеспечить, тем самым необходимую зону питания растений. В результате обработки результатов исследований и анализа полученных зависимостей установлены конструктивные параметры высевающего устройства, позволяющие обеспечить распределение семян амаранта метельчатого при высеве на липкую ленту с вариацией межсеменных интервалов, не превышающей 8-10%. Для равномерного и точного высева при скорости посевного агрегата 1,12 м/с длина хода ячейки высевающего устройства под слоем семян должна составлять более 34,5 мм, при постановке угла отражателя семян 15°. Это позволит выполнить агротехнические требования по равномерности распределения семян в рядке при посеве амаранта, что является основой для получения высокой урожайности.