Размещено на http://www.allbest.ru

Харківський національний технічний університет

СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА ІМЕНІ ПЕТРА ВАСИЛЕНКА

КИРИЧЕНКО РОМАН ВАСИЛЬОВИЧ

УДК 631.331.85:633.854.78(043)

Обґрунтування параметрів процесу та розробка вібраційно-дискового висівного апарата для однонасіннєвої сівби дрібного насіння

05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського

виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків - 2011

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному технічному університеті сільського господарства імені Петра Василенка Міністерства аграрної політики України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Бакум Микола Васильович, Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка, професор кафедри сільськогосподарських машин.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Козаченко Олексій Васильович, Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка, завідувач кафедри технічного сервісу машин;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Ящук Анатолій Іванович, Інститут овочівництва та баштанництва НААН України, провідний науковий співробітник лабораторії адаптивного овочівництва і баштанництва.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка за адресою: 61002, м. Харків, вул. Артема, 44.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради О.Д. Черенков

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Важливою умовою отримання високих і стабільних урожаїв є забезпечення сприятливих умов для проростання насіння і розвитку рослин, з раціональним використанням поживних речовин, вологи і сонячної енергії, за рахунок рівномірного розміщення насіння по площі, що засівається.

Традиційно насіння дрібнонасіннєвих культур висівають зернотрав'яними та овочевими сівалками з апаратами котушкового типу рядковим способом з різними схемами сівби. Ці сівалки не забезпечують сталу сівбу малими нормами, мають високу нерівномірність висіву (коефіцієнт варіації - 100...120 %) та пошкоджують насіння.

В сучасному землеробстві актуальним є однонасіннєвий широкорядний спосіб сівби насіння дрібнонасіннєвих культур (овочеві, трави, олійні та ін.), який дозволяє виконувати міжрядний обробіток і зменшити потребу в гербіцидах. Ефективність його використання багато в чому залежить від точності розподілення насіння вздовж рядка. Цей показник в першу чергу забезпечується якістю роботи висівних апаратів. Тому обґрунтування параметрів технологічного процесу однонасіннєвої сівби та розробка нової конструкції висівного апарата для висіву дрібного насіння малими нормами є актуальною науково-прикладною задачею для розвитку рослинництва України. вібраційний дисковий висівний апарат сівалка

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана у відповідності: з Державною програмою «Виробництво технологічних комплексів машин і обладнання для агропромислового комплексу на період 1998-2005 рр. Розділ 3 (п. 3.3). Техніка для сівби та садіння сільськогосподарських культур»; з регіональною програмою «Найважливіші проблеми АПК на період 1998-2005 рр.»; з розділами комплексної теми 1-4 науково-дослідних робіт ХНТУСГ ім. П. Василенка: «Розробка та впровадження у виробництво машинно-технологічних систем для механізованого виробництва сільськогосподарської продукції на основі енергозберігаючих екологічно-безпечних технологій та технічних засобів для різних форм господарювання» (ДР № 0100 U 005610, 2000-2005 рр.) та «Розробка нових енергозберігаючих, екологічно-безпечних технологій і функціонально-стабільних машинно-технологічних систем та організаційно-нормативних заходів, які підвищують ефективність механізованого виробництва сільськогосподарської продукції, поліпшують охорону праці та забезпечують збереження біоресурсів, покращення природокористування (ДР № 0109 U006633, 2009-2014 рр.)».

Мета та завдання дослідження. Метою роботи є підвищення якості одно-насіннєвої сівби дрібного насіння сільськогосподарських культур шляхом обґрунтування конструктивно-технологічних параметрів і розробки нової конструкції вібраційно-дискового висівного апарата (ВДВА).

Для досягнення поставленої мети визначені наступні завдання досліджень:

- провести аналіз результатів теоретичних і експериментальних досліджень процесу однонасіннєвого висіву, існуючих конструкцій висівних апаратів для сівби дрібного насіння сільськогосподарських культур, та визначити напрямки їх удосконалення;

- виконати теоретичні дослідження руху сукупності тіл у клиноподібному каналі ВДВА для їх граничного стану;

- розробити математичні моделі процесу однонасіннєвого висіву насіння сільськогосподарських культур розробленим висівним апаратом;

- виконати експериментальні дослідження та визначити якісні показники технологічного процесу висіву насіння і оптимальні конструктивно-кінематичні параметри розробленого ВДВА з врахуванням механіко-технологічних властивостей дрібного насіння сільськогосподарських культур;

- провести порівняльні з серійними котушковими висівними апаратами лабораторні випробування розробленого ВДВА на сівбі дрібного насіння;

- розробити, виготовити та провести порівняльні з серійними виробничі випробування експериментальної сівалки з розробленими ВДВА, визначити техніко-економічну ефективність її використання.

Об'єкт дослідження: процес однонасіннєвого висіву дрібного насіння, зв'язок процесу з конструктивно-кінематичними параметрами вібраційно-дискового висівного апарата та механіко-технологічними властивостями насіння.

Предмет дослідження: обґрунтування параметрів процесу та розробка вібраційно-дискового висівного апарата для однонасіннєвої сівби дрібного насіння.

Методи дослідження: теоретичні дослідження виконані з використанням положень механіки, математичного аналізу, теорії імовірності і математичного моделювання. Експериментальні дослідження проведені на виготовлених експериментальних установках. Використана методика планування факторного експерименту. Результати експериментальних досліджень оброблено із використанням положень математичної статистики і ПЕОМ. Виробничі випробування виконані відповідно до методики випробувань посівних машин.

Наукова новизна одержаних результатів:

- для забезпечення якості однонасіннєвого висіву за допомогою побудованих рівнянь руху в робочому каналі розробленого ВДВА вперше визначені діапазони кутів положення висівного диска, при яких із зони відсипки формується рух насіння як окремих тіл [2];

- для управління та розрахунку технологічних показників процесу однонасіннєвого висіву набуло подальшого розвитку математичне моделювання руху насіння, яке взаємодіє з нерухомою поверхнею банки та рухомою поверхнею диска, що коливається у напрямку осі його обертання [3];

- для оцінки впливу розробленого ВДВА на якість процесу однонасіннєвого висіву вперше виконано комплексне обґрунтування його конструктивно-кінематичних параметрів з урахуванням механіко-технологічних властивостей дрібного насіння [4-10].

Практичне значення одержаних результатів. Виготовлена експериментальна сівалка з розробленими ВДВА для висіву широкорядним способом дрібного насіння сільськогосподарських культур малими нормами, яка пройшла випробування у виробничих умовах дослідного поля «Центральне» ХНТУСГ ім. П. Василенка на сівбі насіння моркви, в СТОВ «Старт» Ізюмського району Харківської області на сівбі ярого ріпаку і в дослідному господарстві «Кутузівка» ІТ НААН України на сівбі люцерни на насіння. Використання ВДВА забезпечило більш рівномірний висів дрібного насіння малими нормами в порівнянні з серійними сівалками. Коефіцієнт варіації інтервалів між сусідніми рослинами в рядках зменшився на посівах: моркви на 23,9 %, ріпаку на 24,5 %, люцерни на 31,0 %. Це сприяло збільшенню польової схожості: моркви на 8,6 %, ріпаку на 9,4 %, люцерни на 6,9 % та урожайності коренів моркви на 65,28 ц/га, насіння ріпаку на 2,6 ц/га, а насіння люцерни на 0,5 ц/га. Економічний ефект від використання експериментальної сівалки з розробленими ВДВА склав на сівбі насіння моркви 4459,26 грн/га (2000 р.), ріпаку 1961,16 грн/га (2006 р.), люцерни 1766,99 грн/га (2009 р.).

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи здобувачем одержані самостійно. У наукових працях, виконаних у співавторстві, особистий внесок такий: [1, 3] - розроблені математичні моделі, виконані обчислення та аналіз результатів; [5-9] - складені методики виконання робіт, виконані дослідження, обробка та аналіз результатів. Здобувач безпосередньо приймав участь у розробці конструкції дослідних зразків ВДВА, їх виготовленні, впровадженню результатів досліджень у виробництво.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи доповідались: на міжнародній науково-практичній конференції (МНПК) «Стан і перспективи розвитку механізації сільського господарства на рубежі сторіч» (м. Київ, НАУ, 2000, 2001 рр.); на МНПК «Проблеми конструювання, виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки» (м. Кіровоград, КДТУ, 2000, 2001, 2009 рр.); на МНПК «Вібрації в техніці та технологіях» (м. Вінниця, ВДАУ, 2003, 2009 рр. та м. Полтава, ПНТУ ім. Ю. Кондратюка і ПДАА, 2005 р.); ІХ-ой, Х-ой і ХІІ-ой МНПК «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения» (Россия, г. Белгород, БГСА, 2005 г., 2006 г., 2008 г.); на МНПК до 110-річчя Національного аграрного університету «Аграрна інженерія в умовах глобалізації» (м. Київ, НАУ, 2008 р.); на МНПК «Моделирование технологических процессов в АПК» (м. Мелітополь, ТДАТУ, 2010 г.); на ІІ-ому Всеукраїнському конференції-семінару докторантів, аспірантів та пошукачів у галузі аграрної інженерії «Проблеми створення та технічна експлуатація машин і обладнань» (м. Кіровоград, КНТУ, 2007 р.); на щорічних науково-методичних конференціях і МНПК ХНТУСГ ім. П. Василенка (м. Харків, 1999-2011 рр.).

Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковано у 10 наукових статтях фахових видань, у тому числі 3 - самостійно, і 3 тезах міжнародних конференціях. По темі дисертації одержано 1 патент України на винахід і 3 на корисну модель.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 217 найменувань та 3 додатків. Повний обсяг дисертації викладено на 284 сторінках комп'ютерного тексту (основна частина 146 сторінки), містить 74 рисунки, 22 таблиці і додатків на 79 сторінках.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, викладений зв'язок роботи з науковими програмами, сформульовані мета та основні завдання дослідження, наведена наукова новизна та практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі наведено аналіз досліджень процесу сівби насіння сільськогосподарських культур та конструкцій висівних апаратів, визначені напрямки і сформулювані завдання на проведення робіт, щодо підвищення якості висіву дрібного насіння.

Багато відомих вчених в галузі землеробської механіки: В.П. Горячкін, О.М. Карпенко, П.М. Василенко, П.М. Заїка, Л.В. Погорілий, О.М. Семенов, Г.М. Рудаков, А.А. Будагов, Ф.Г. Гусінцєв, С.В. Кардашевський, В.С. Басін, В.О. Бєлодєдов, Г.М. Бузенков, С.А. Ма, В.Є. Комаристов, В.П. Чичкін, І.В. Морозов, П.В. Сисолін та ін. присвятили свої дослідження розробці теорії сівби.

Аналізом досліджень процесів формування однонасіннєвого висіву, способів формування та конструкцій висівних апаратів встановлено, що перспективним напрямком підвищення якості однонасіннєвого висіву є створення конструкцій на основі групової подачі насіння з наступним формуванням неперервного однонасіннєвого потоку.

З врахуванням досліджень І.І. Артоболевського, І.І. Блєхмана, Г.Ю. Джанилідзе, Д.Д. Баркана, П.М. Заїки, Г.Є. Листопада, П.С. Берника, Д.І. Мазоренка, Л.М. Тіщенка, О.І. Завгороднього, О.В. Козаченка та ін. формування однонасіннєвого неперервного потоку дрібнонасіннєвих культур доцільно розробляти з використанням закономірностей вібраційного переміщення.

Таким чином, необхідно вирішити наукове завдання з обґрунтування параметрів процесу однонасіннєвого висіву та розробити вібраційний висівний апарат для сівби дрібного насіння сільськогосподарських культур малими нормами.

У другому розділі наведені теоретичні дослідження закономірностей формування однонасіннєвого потоку з моделюванням дозованої групової подачі дискретного матеріалу та наступним послідуючим формуванням неперервного однонасіннєвого потоку в робочій частині клиноподібного каналу між поверхнею диска, який коливається з частотою та амплітудою в напрямку осі його обертання, і внутрішньою поверхнею банки розробленого ВДВА.

Банка висівного апарата радіусом з насінням (рис. 1) нахилена під кутом до горизонту. На дні банки з кутовою швидкістю обертається диск. Твірна крайки диска нахилена на кут до осі обертання і утворює клиноподібний канал між внутрішньою поверхнею банки і зовнішньою робочою поверхнею крайки. Насіння масою m і діаметром d завантажується в зону відсипки, витягується у напрямку обертання диска в клиноподібному каналі. При цьому в каналі утворюється граничний масив відсипки, після якого починається рух насіння як окремих тіл. Насіння, що потрапляє між зазначеними поверхнями, утримується силами взаємодії з поверхнями банки і диска.



Рис. 1. Розрахункові схеми вібраційно-дискового висівного апарата

Граничним розглядається стан, коли наявним є контакт у двох нижніх насінин, що знаходяться в робочому каналі, і верхньої насінини. Умови для руху насінин, як окремих тіл, створюються коли реакція в точках контакту верхнього тіла з нижніми перетвориться на нуль. Приймаємо, що всі три сфери тіл насіння мають однаковий діаметр. Аналіз дії сил виконали для двох ситуацій (рис. 1). Перша - коли верхнє тіло має контакт з диском у точці (), а друга - коли верхнє тіло має контакт з поверхнею банки у точці ().

При розв'язанні задач прийнято, що система координат є нерухомою відносно рами машини. Її початок розміщений у т. О перетину нижньої площини диска та осі його обертання. Система координат також має початок у т. О. Осі цієї системи розміщені в горизонтальній площині. Положення робочого каналу відповідає системі координат , яка є повернутою відносно осі на кут . Осі системи мають початок у т. О. Початок системи координат розміщений у т. Б контакту насінини з поверхнею банки. Система координат має осі, які є паралельними до осей , але початок їх розміщується у т. С центра сфери тіла насінини. Система координат є повернутою навколо осі системи на кут між площинами робочого каналу. Система координат має початок у т. Д контакту поверхні сфери насінини з робочою площиною поверхні диска. Напрямки осей системи координат є паралельними до напрямків осей . Система координат повернута відносно осі на кут між нормаллю до робочої поверхні диска та напрямком лінії, що з'єднує точки контакту Б та Д. Середина відстані між цими точками знаходиться у т. , яка є початком системи координат . Лінія, що проходить через т. та є напрямком поступального руху центра маси насінини під час її ковзання в робочому каналі зі швидкістю .

Для забезпечення можливості руху тіла донизу повинна виконуватися умова:

або (1)

Визначимо сили і реакції, що діють в контакті верхньої насінини з банкою у т. :

(2)

(3)

(4)

з диском у т. :

(5)

,

, (6)

, (7)

,

де ,, та ,, - проекції сили тяжіння тіла на осі системи координат і ; ,, - проекції на вісь і сили тертя; ,,,,, - проекції сил інерції центру мас тіла від переносного руху вібрації;  - динамічні коефіцієнти тертя тіла з поверхнями банки та диска, відповідно, у напрямках вібраційного руху та обертання диска; g -прискорення вільного падіння;  - радіус насінини.

При обчисленнях характеристик взаємодії сукупності тіл для граничного стану масиву відсипки насіння у банці висівного апарата визначається кут положення робочого каналу, при якому створюються можливості руху як окремих тіл.

При виконанні обчислень отримано, що втрата контакту верхнього тіла у точках , під дією тільки сили тяжіння має місце при значенні кута положення робочого каналу рад (рис. 2).

Рис. 2. Залежності реакцій в точках контакту верхньої насінини з банкою , диском та нижніми насінинами ,,, від кута при дії сили тяжіння

При дії сили тяжіння та сили інерції від дії вібрації диска кут положення, при якому настає втрата реакції у точках контакту основних тіл з верхнім, зменшується.

При дії сил тертя, тяжіння, інерції від вібрації диска та його обертання втрата реакції верхнього тіла з нижніми настає при куті положення робочого каналу, що дорівнює =0 рад, тобто у найнижчій точці робочого каналу.

Для запису рівнянь руху тіла в клиноподібному каналі використаний варіант теореми про зміну його кінетичних характеристик у такому вигляді:

(8)

, (9)

де  - швидкість центру мас відносно нерухомої системи координат;  -рівнодіюча зовнішніх сил та реакцій, що прикладені до тіла;  - радіус-вектор центра мас тіла;  - кінетичний момент руху тіла навколо його центру мас;  - плечі прикладання зовнішніх сил та реакцій відносно т. Д початку системи координат ; n - кількість зовнішніх сил та реакцій.

Систему диференціальних рівнянь руху тіла отримано у вигляді:

(10)

де кути є ,відповідно, корабельними кутами диференту, рискання та крену тіла відносно осей та .

Характеристики, що входять до цієї системи, визначаються з наступних формул.

Проекції сил тяжіння:

(11)

Проекції сил тертя:

(12)

Система рівнянь для визначення реакцій :

(13)

Коефіцієнти системи рівнянь для визначення реакцій :

(14)

Проекції відносних швидкостей в точках контакту:

(15)

Проекції сили інерції центру мас тіла:

(16)

де  - динамічний коефіцієнт тертя;  - момент інерції тіла відносно центра мас.

Розв'язок системи диференціальних рівнянь здійснювався чисельно, покроково. При цьому на кожному кроці знаходили прирощення кута положення насінини у нерухомій системі координат :

. (17)

Значення кута положення насінини для моменту визначається за формулою:

. (18)

При розв'язку задачі враховувалася можливість руху тіла в режимі наявності або відсутності ковзання у технологічному каналі. Відсутність ковзання має місце, коли зсуваюча сила не перевищує силу опору ковзання тіла у напрямку технологічного каналу:

,

, (19)

Аналізом результатів досліджень встановлено, що ковзання тіл у напрямку робочого каналу є незначним, а їх положення визначається характеристиками зміни кутів диференту і рискання та швидкостями зміни цих кутів (, ), а також характеристиками крену тіла, пов'язаними з вимушеною вібрацією диска в напрямку осі його обертання (рис. 3).



Рис. 3. Залежності характеристик руху тіла насіння від часу при: ; ; с^-1; мм; с^-1; мм; мм/с²; г/мм³; ; ; мм; ; ; ???? теоретична, --------- експериментальна залежності

Під час роботи апарата кут диференту , який визначає кочення насіння донизу, менший кута рискання , який забезпечується обертанням диска, що визначає рух насіння у верхню частину робочого каналу висівного апарата. Пропорційність часу піднімання насіння до верхньої частини робочого каналу швидкості обертання диска , забезпечує можливість регулювання норми висіву насіння зміною частоти його обертання.

Кут між робочими поверхнями диска та банки 20° призводить до заклинювання тіл діаметром 1,0...3,0 мм. При зміні значень кута в діапазоні від 25° до 40° забезпечується інтенсивне переміщення насіння в робочому каналі, що знижує імовірність неперервності їх потоку. В діапазоні від 47,5° до 80° тіла не піднімаються по робочому каналу. Отже, за раціональне значення кута слід прийняти 45°.

При значеннях кута нахилу осі обертання висівного диска до вертикалі 20° знижується імовірність формування однонасіннєвої подачі, а перевищення 35° призводить до суттєвого зростання часу піднімання насіння до верхнього положення робочого каналу (зниження продуктивності апарата). За раціональне значення кута слід приймати 30°.

Зміна радіусу насіння в діапазоні від 0,5 до 1,5 мм не впливає на час піднімання у верхню частину висівної канавки, що забезпечує якісний однонасіннєвий висів некаліброваного насіння розробленим ВДВА. Розбіжність результатів теоретичних досліджень значень кутів положення насіння в робочому каналі з експериментальними складає в середньому 3...5 %. Це підтверджує адекватність створених математичних моделей динаміки руху тіл сферичної форми в клиноподібному каналі розробленого ВДВА.

В третьому розділі наведено програму експериментальних досліджень, описано розроблені експериментальні установки, наведено методику проведення експериментальних досліджень та обробки їх результатів.

Для дослідження процесу висіву дрібного насіння розроблена конструкція ВДВА (рис. 4), який монтується на посівну секцію сівалки ССТ-12 Б (рис. 5), а для перевірки його працездатності у виробничих умовах виготовлена експериментальна сівалка для широкорядного посіву (рис. 6).

Визначення закономірностей руху насіння по робочому каналі ВДВА виконували при знятому бункерові за розробленими методиками.



Рис. 4. Конструктивна схема ВДВА: 1 - бункер для насіння; 2 - гайка; 3 - пружина; 4 - ділильник; 5 - отвір дозувальний; 6 - банка; 7 - диск висівний; 8 - диск проміжний; 9 - основа; 10 - от-вори; 11 - болт; 12 - опора сферичної форми; 13 - опори змінні; 14 - комірки; 15 -штирі; 16 - приводний вал; 17 - під-шипник; 18 - насіннєпровід; 19 - бокове вікно

Рис. 5. Загальний вигляд експериментальної посівної секції з ВДВА для досліджень в ґрунтовому каналі (вид збоку без бункера) Рис. 6. Загальний вигляд експериментальної сівалки з ВДВА для висіву широкорядним способом дрібного насіння малими нормами

У четвертому розділі наведено результати експериментальних досліджень та їх аналіз.

Дослідженнями механіко-технологічних властивостей насіння експериментально встановлено, що значення характеристик з 95 % рівнем імовірності відрізняються від їх середнього значення несуттєво: дисперсія ширини і товщини насіння ріпаку, люцерни і моркви не перевищує 0,02 мм, а довжини насіння цих культур - 0,11 мм; абсолютної маси насіння люцерни і моркви - 0,001 г, а ріпаку - 0,05 г; динамічних коефіцієнтів тертя насіння ріпаку і люцерни по сталі, алюмінію і оргсклу - 0,001, а моркви: по оргсклу - 0,001, по алюмінію - 0,0015, а по сталі - 0,002.

Дослідженням заповнення робочого каналу ВДВА насінням визначено, що фактична кількість насіння висіяного за один оберт висівного диска менша за розрахункову: для насіння моркви на 4,10 %, а за середньою масою на 4,17 %; для люцерни, відповідно, на 2,10 і 2,06 %; для насіння ріпаку на 0,80 і 0,89 %.

Дослідженням впливу параметрів ВДВА на якість висіву дрібного насіння (ріпаку, моркви, люцерни) встановлено, що оптимальний кут диска висівного апарата неоднаковий для різних культур. Для округлого насіння однонасіннєвий потік створюється при менших кутах (для насіння ріпаку - =27,5°), а для плоского за формою насіння - при більших значеннях (для насіння моркви -=32,5°).

Кут ° між робочою поверхнею крайки висівного диска та поверхнею банки приводить до заклинювання насіння в робочій канавці апарата. Збільшення його до =50° суттєво збільшує кількість насіння, яке скочується з диска назад до масиву завантаження, що зменшує рівномірність висіву.

При =45° - коефіцієнт варіації рівномірності розподілу вздовж рядка насіння становить V=52...56 %, а при =55° - V=73...81 %. Раціональним кутом для висіву насіння моркви, ріпаку і люцерни є =45°. Якісну роботу висівного апарата на сівбі дрібнонасіннєвих культур забезпечує запас насіння в нижній частині апарата - висота відсипки h=7...13 мм. Зменшення висоти відсипки призводить до недостатнього заповнення робочого каналу, а збільшення - до перевантаження. Місце встановлення насіннєпроводу на банці висівного апарата залежить від форми насіння. Для досліджених видів насіння раціональний кут установки змінюється в межах 4,75,2 рад від нижнього положення висівного диска. Зміщення місця встановлення на менший кут доцільно використовувати при висіві круглого насіння, а більший - для плоского. Збільшення амплітуди А та частоти коливань диска зменшує кількість висіяного насіння. Більш інтенсивно зменшується висів округлого насіння. Якісного висіву насіння досліджуваних культур (коефіцієнт варіації розподілу насіння вздовж рядка 50...60 %) можна досягти при:

 мм,  с^-1.

Плануванням багатофакторного експерименту з критерієм оптимізації -коефіцієнт варіації рівномірності висіву насіння люцерни V, отримане рівняння регресії, з урахуванням перевірки на значущість коефіцієнтів, у декодованому вигляді:

(20)

Рівняння (20) дозволяє аналізувати вплив параметрів на процес дозування насіння люцерни (рис. 7) та визначити раціональні значення основних конструктивно-кінематичних параметрів розробленого ВДВА: =29,75°, А=5,72 мм, =64,83 с^-1.

а)	б)	в)

Рис. 7. Залежності коефіцієнта варіації розподілу насіння люцерни вздовж рядка від: а) та при А=6 мм, б) та А при =65,94 c^-1, в) та А при =31,25°

При цьому коефіцієнт варіації рівномірності висіву насіння люцерни складає V=57,1 % для норми висіву Q=2 кг/га. Змінювати продуктивність q розробленого ВДВА можна за рахунок дискретного регулювання кута , амплітуди А та частоти коливань висівного диска. Для забезпечення заданої продуктивності q, при мінімальній нерівномірності висіву, плануванням багатофакторного експерименту отримане рівняння регресії:

(21)

за яким розроблені номограми для вибору сукупності раціональних значень регульованих параметрів при висіві насіння люцерни.

Порівняльними дослідженнями експериментального ВДВА та котушкового висівних апаратів на висіві насіння люцерни доведене суттєве підвищення точності висіву експериментальним апаратом, що підтверджується відповідністю нормальному закону ймовірностей розподілення відстані між висіяним насінням в рядку (характеристика точного висіву) та зменшення, майже в два рази, абсолютного значення стандартного відхилення з 19,9 до 11,0 мм.

У п'ятому розділі наведено результати виробничих випробувань і розрахунки техніко-економічної ефективності застосування розробленої сівалки.

Випробування розробленої сівалки з ВДВА проведені на дослідному полі «Центральне» ХНТУСГ ім. П. Василенка на сівбі насіння моркви, у СТОВ «Старт» Ізюмського району Харківської області на сівбі насіння ярого ріпаку та в дослідному господарстві «Кутузівка» ІТ НААН України на сівбі люцерни на насіння.

Виробничими випробуваннями встановлено, що розроблена сівалка з ВДВА забезпечує більш рівномірне розміщення насіння вздовж рядка: коефіцієнт варіації інтервалів між сусідніми рослинами в рядках зменшився: на люцерні з 94,85 %, при посіві сівалкою СЗТ-3,6, до 63,81 %; на моркві з 82,38 %, при посіві сівалкою СОН-4,2, до 58,50 %; на ріпаку з 84,19 %, при посіві сівалкою СЗТ-3,6, до 59,74 %. Це сприяє підвищенню польової схожості насіння люцерни на 6,9 % (з 88,8 % до 95,7 %), моркви на 8,6 % (з 65,5 % до 74,1 %), ріпаку на 9,4 % (з 83,5 % до 92,9 %), а урожайності насіння люцерни на 0,5 ц/га (з 2,8 до 3,3 ц/га); коренів моркви на 65,28 ц/га (з 297,96 до 363,24 ц/га), причому їх товарність зросла на 5,4 % і становила 90,5 %; насіння ріпаку на 2,6 ц/га (з 10,6 до 13,2 ц/га).

Економічний ефект від використання сівалки з розробленим ВДВА склав: при сівбі насіння моркви на дослідному полі «Центральне» ХНТУСГ ім. П. Василенка -4459,26 грн/га (2000 р.); при сівбі насіння ріпаку у СТОВ «Старт» Ізюмського району Харківської області - 1961,16 грн/га (2006 р.); при сівбі люцерни на насіння в дослідному господарстві «Кутузівка» ІТ НААН України - 1766,99 грн/га (2009 р.).

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукового завдання, що виявляється в обґрунтуванні параметрів процесу однонасіннєвого висіву створеним математичним моделюванням групової подачі насіння з формуванням неперервного однонасіннєвого потоку в робочому каналі розробленого ВДВА. Це дозволило підвищити якість висіву дрібного насіння малими нормами.

Головними підсумками виконаної роботи є наступні результати:

1. Проведеним аналізом результатів відомих досліджень процесів, способів і конструкцій висівних апаратів для однонасіннєвого висіву насіння встановлено, що існуючі конструкції висівних апаратів не задовольняють агротехнічним вимогам щодо однонасіннєвого висіву дрібного насіння. Розроблений новий ВДВА з груповою подачею насіння та наступним формуванням безперервного однонасіннєвого висіву забезпечує рівномірну сівбу дрібного насіння малими нормами. Для визначення конструктивних параметрів ВДВА необхідно виконати теоретичні та експериментальні дослідження, які б дозволили розрахувати технологічні показники процесу однонасіннєвого висіву.

2. Виконаними теоретичними дослідженнями руху в робочому каналі ВДВА визначені діапазони кутів його положення рад, при яких із зони відсипки формується одношаровий рух насіння як окремих тіл.

3. За допомогою розроблених математичних моделей руху насіння як окремих тіл сферичної форми встановлені закономірності його руху в робочому клиноподібному каналі розробленого ВДВА з врахуванням механіко-технологічних властивостей насіння та параметрів апарата. Визначено, що ковзання насінин у напрямку робочого каналу є незначним, а їх положення визначається швидкістю зміни кутів диференту і рискання, а також креном, пов'язаними з вимушеною вібрацією диска в напрямку осі його обертання. Під час роботи апарата кут диференту, який визначає кочення насіння донизу, менший кута рискання, який забезпечується обертанням диска та визначає рух насіння в верхню частину висівної канавки апарата. Пропорційність часу піднімання насіння до верхньої частини висівної канавки частоті обертання диска забезпечує можливість регулювання норми висіву.

4. Для моделювання процесу однонасіннєвого висіву експериментально встановлено, що значення характеристик механіко-технологічних властивостей насіння відрізняються від їх середнього значення несуттєво: дисперсія ширини і товщини насіння ріпаку, люцерни і моркви не перевищує 0,02 мм, а довжини насіння цих культур - 0,11 мм; абсолютної маси насіння люцерни і моркви -0,001 г, а ріпаку - 0,05 г; динамічних коефіцієнтів тертя насіння ріпаку і люцерни по сталі, алюмінію і оргсклу - 0,001, а моркви: по оргсклу - 0,001, по алюмінію - 0,0015, а по сталі - 0,002.

5. Комплексним аналізом результатів теоретичних і експериментальних досліджень процесу однонасіннєвого висіву розробленим ВДВА встановлено:

- кут ° між робочою поверхнею висівного диска та боковиною банки призводить до заклинювання насіння в робочому каналі апарата, збільшення його до 50° збільшує кількість насіння суттєво, яке скочується з диска назад до масиву завантаження; при =45° коефіцієнт варіації рівномірності розподілу вздовж рядка дрібного насіння найменший і становить V=52...56 %;

- якісну роботу ВДВА забезпечує запас насіння в нижній частині апарата - висота відсипки h=7...13 мм; зменшення її призводить до недостатнього заповнення робочого каналу, а збільшення - до перевантаження;

- розбіжність результатів теоретичних досліджень значень кутів положення насіння з експериментальними складає в середньому 3...5 %, що підтверджує адекватність створених математичних моделей руху насінин в клиноподібному каналі розробленого ВДВА.

6. Раціональними значеннями регулювальних параметрів розробленого ВДВА на висіві насіння люцерни малими нормами 2...5 кг/га, при коефіцієнті варіації V<60 %, є: кут нахилу висівного диска - 29,75°; амплітуда коливань -5,72 мм; частота коливань - 64,83 с^-1.

7. Керованими параметрами зміни продуктивності розробленого ВДВА визначені кут нахилу, амплітуда та частота коливань висівного диска. Для забезпечення заданої продуктивності, при мінімальній нерівномірності висіву, плануванням багатофакторного експерименту одержано рівняння регресії, за яким розроблені номограми для вибору сукупності раціональних значень регульованих параметрів при сівбі насіння люцерни.

8. Експериментальними дослідженнями розробленого ВДВА встановлено, що якість процесу висіву дрібного насіння малими нормами відповідає агротехнічним вимогам, стандартне відхилення відстані між висіяним насінням зменшується в порівняні з котушковим висівним апаратом з 19,9 до 11,0 мм.

9. За результатами виробничих випробувань розробленого ВДВА встановлено можливість підвищення рівномірності розподілу насіння по довжині рядків: при висіві насіння люцерни на насінницьких посівах коефіцієнт варіації інтервалів між рослинами в рядках зменшився з 94,85 %, при посіві сівалкою СЗТ-3,6, до 63,81 %, що сприяло підвищенню польової схожості на 6,9 % (з 88,8 до 95,7 %), а врожайності насіння - на 0,5 ц/га (з 2,8 до 3,3 ц/га); при висіві насіння ріпаку на насінницьких посівах коефіцієнт варіації інтервалів між рослинами в рядках зменшився з 84,19 %, при сівбі сівалкою СЗТ-3,6, до 59,74 %, польова схожість підвищилась на 9,4 % (з 83,5 до 92,9 %), а врожайність насіння ріпаку - на 2,6 ц/га (з 10,6 до 13,2 ц/га); при висіві насіння моркви коефіцієнт варіації інтервалів між рослинами в рядках зменшився з 82,38 %, при сівбі овочевою сівалкою СОН-4,2, до 58,50 %, польова схожість підвищилась на 8,6 % (з 65,5 до 74,1 %), а врожайність коренеплодів моркви - на 65,28 ц/га (з 297,96 до 363,24 ц/га), при цьому товарність коренеплодів зросла на 5,4 % і становила 90,5 %.

10. Порівняльними виробничими випробуваннями експериментальної сівалки з серійними підтверджено високу експлуатаційну ефективність і надійність розробленого ВДВА на висіві дрібного насіння сільськогосподарських культур малими нормами. Економічний ефект від використання сівалки з розробленим ВДВА, в порівнянні з серійними, склав: на сівбі насіння моркви на дослідному полі «Центральне» ХНТУСГ ім. П. Василенка - 4459,26 грн/га (2000 р.), на сівбі насіння ріпаку в СТОВ «Старт» Ізюмського району Харківської області -1961,16 грн/га (2006 р.), на сівбі люцерни на насіння в дослідному господарстві «Кутузівка» ІТ НААН України - 1766,99 грн/га (2009 р.).

СПИСОК ОСНОВНИХ ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Заїка П.М. Основи математичного моделювання технологічного процесу вібраційно-дискового апарата для точного висіву насіння / П.М. Заїка, Ю.О. Манчинський, Р.В. Кириченко // Зб. наук. праць НАУ «Механізація сільськогосподарського виробництва». - Київ, 2001. - Т. 10. - С. 138-141.

2. Кириченко Р.В. Визначення кута нахилу робочого каналу вібраційного апарату для граничного стану масиву насіння / Р.В. Кириченко // Вісник ХНТУСГ ім. П. Василенка «Механізація сільськогосподарського виробництва». - Харків: ХНТУСГ, 2005. - Вип. 41. - С. 414-422.

3. Заїка П.М. Характеристики руху тіла насіння сферичної форми у вібраційному висівному апараті / П.М. Заїка, Р.В. Кириченко, Ю.О. Манчинський // Всеукраїнський науково-технічний журнал «Вибрации в технике и технологиях». - 2006. - № 1 (43). - С. 44-48.

4. Кириченко Р.В. До обґрунтування конструктивних параметрів вібраційно-дискового висівного апарату для сівби дрібного насіння / Р.В. Кириченко // Вісник ХНТУСГ ім. П. Василенка «Механізація сільськогосподарського виробництва». - Харків: ХНТУСГ, 2006. - Вип. 44, Т. 2. - С. 313-318.

5. Заїка П.М. Результати лабораторних досліджень роботи вібраційно-дискового апарату при висіві дрібнонасіннєвих сільськогосподарських культур / П.М. Заїка, М.В. Бакум, Р.В. Кириченко // Вісник ХНТУСГ ім. П. Василенка «Механізація сільськогосподарського виробництва». - Харків: ХНТУСГ, 2008. - Вип. 75, Т. 1. - С. 237-245.

6. Заїка П.М. Результати порівняльних досліджень вібраційно-дискового апарату для точного висіву насіння люцерни / П.М. Заїка, М.В. Бакум, Р.В Кириченко // Вісник ХНТУСГ ім. П. Василенка «Технічний сервіс АПК, техніка та технології у сільськогосподарському машинобудуванні». - Харків: ХНТУСГ, 2009. - Вип. 76. - С. 246-251.

7. Заїка П.М. Результати польових випробувань вібраційно-дискового висівного апарату на сівбі дрібнонасіннєвих сільськогосподарських культур / П.М. Заїка, М.В. Бакум, Р.В. Кириченко // Загальнодержавний міжвідомчий науково-технічний збірник КДТУ «Конструювання, виробництва та експлуатація сільськогосподарських машин». - Кіровоград, 2009. - Вип. 39. - С. 48-53.

8. Бакум М.В. Оптимізація параметрів вібраційно-дискового апарату для висіву люцерни на насіння / М.В. Бакум, Р.В. Кириченко // Вісник ХНТУСГ ім. П. Василенка «Механізація сільськогосподарського виробництва». - Харків: ХНТУСГ, 2010. - Вип. 93, Т. 1. - С. 88-97.

9. Бакум М.В. Моделювання технологічного процесу вібраційно-дискового апарата / М.В. Бакум, Р.В. Кириченко // Праці Таврійського державного агротехнологічного університету - Мелітополь: ТДАТУ, 2010. - Вип. 10, Т. 7.- С. 190-200.

10. Кириченко Р.В. Визначення основних механіко-технологічних властивостей насіння ріпаку, люцерни та моркви / Р.В. Кириченко // Вісник ХНТУСГ ім. П. Василенка «Механізація сільськогосподарського виробництва». - Харків: ХНТУСГ, 2011. - Вип. 107, Т. 1. - С. 380-387.

11. Пат. 35267А Україна, А01С7/16. Висівний апарат / Р.В. Кириченко, С.П. Нікітін. _ № 09095085; заявл. 14.09.1999; опубл. 15.03.2001, Бюл. № 2.

12. Пат. 19548 Україна, МПК А 01 С7/16. Вібраційно-дисковий висівний апарат / П.М. Заїка, М.В. Бакум, Р.В. Кириченко. _ № 200607444; заявл. 04.07.2006; опубл. 15.12.2006, Бюл. № 12.

13. Пат. 20913 Україна, МПК А 01 С7/08. Дисковібраційний висівний апарат / П.М. Заїка, М.В. Бакум, Р.В. Кириченко. _ № 200609582; заявл. 05.09.2006; опубл. 15.02.2007, Бюл. № 2.

14. Пат. 37998 Україна, МПК А 01 С7/00. Висівний вібраційно-дисковий апарат / П.М. Заїка, М.В. Бакум, Р.В. Кириченко. _ № 200802501; заявл. 18.02.2008; опубл. 15.12.2008, Бюл. № 24.

15. Заика П.М. Вибрационно-дисковый высевающий аппарат для посева мелкосеменных культур / П.М. Заика, Р.В. Кириченко // Материалы IX международной научно-производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения». - Белгород: БелГСХА, 2005. - С. 182.

16. Заїка П.М. Результати теоретичних обчислень характеристики руху ізольованого тіла насіння у вібраційно-дисковому висівному апараті / П.М. Заїка, Р.В. Кириченко // Тези 2-ої Всеукраїнської конференції-семінару докторантів, аспірантів та пошукачів у галузі аграрної інженерії «Проблеми створення та технічна експлуатація машин і обладнань». КНТУ - Кіровоград, 2007. - С. 41-42.

17. Кириченко Р.В. Результаты полевых исследований работы вибрационно-дискового аппарата для посева мелкосеменных культур / Р.В. Кириченко // Материалы XІІ международной научно-производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения». - Белгород: БелГСХА, 2008. - С. 234.

АНОТАЦІЇ

Кириченко Р.В. Обґрунтування параметрів процесу та розробка вібраційно-дискового висівного апарата для однонасіннєвої сівби дрібного насіння. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка. Харків, 2011.

У дисертації вирішене наукове завдання, яке направлене на підвищення якості однонасіннєвого висіву дрібного насіння сільськогосподарських культур шляхом застосування розробленого вібраційно-дискового висівного апарата (ВДВА). Підвищення рівномірності висіву розробленим ВДВА забезпечується за рахунок групової подачі насіння з послідуючим формуванням неперервного однонасіннєвого потоку в просторі між зовнішньою поверхнею диска, що коливається у напрямку осі його обертання, і внутрішньою поверхнею банки. Продуктивність розробленого ВДВА залежить від кута нахилу висівного диска, амплітуди та частоти його коливання.

Для розрахунку технологічних показників однонасіннєвого висіву побудовані математичні моделі руху насіння в робочій клиноподібному каналі розробленого ВДВА. Визначені оптимальні значення конструктивно-кінематичних параметрів для однонасіннєвого висіву дрібного насіння сільськогосподарських культур малими нормами з коефіцієнтом варіації нерівномірності висіву не більшим 60 %.

Ключові слова: дрібне насіння, однонасіннєвий процес висіву, вібраційно-дисковий висівний апарат, якість висіву.

Кириченко Р.В. Обоснование параметров процесса и разработка вибрационно-дискового высевающего аппарата для односеменного посева мелких семян. Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства имени Петра Василенко. Харьков, 2011.

В диссертации решено научное задание, направленное на повышение равномерности высева мелких семян сельскохозяйственных культур малыми нормами путем применения разработанного вибрационно-дискового высевающего аппарата (ВДВА).

Перспективным направлением повышения равномерности посева мелкосеменных материалов являются способы и высевающие аппараты, которые обеспечивают формирование групповой подачи непрерывного односеменного потока. Рабочим органом разработанного ВДВА является диск, который установлен под углом к горизонту и колеблется в направлении оси его вращения. Внешний торец диска образует внутренней поверхностью банки клиноподобный рабочий канал, который во время работы аппарата формирует непрерывный односеменной поток.

Для расчета параметров односеменного высева построены математические модели движения семян как совокупности тел сферической формы в рабочем канале, и определены диапазоны углов его положения 1,1 рад, при которых из зоны отсыпки формируется движение семян как отдельных тел. Разработаны математические модели движения семян как отдельных тел сферической формы, взаимодействующих с неподвижной поверхностью банки и поверхностью торца диска, с учетом механико-технологических свойств семян, параметров аппарата и определены закономерности формирования непрерывного односеменного потока.

Комплексным анализом результатов теоретических и экспериментальных исследований процесса односеменного высева разработанным ВДВА установлено, что малый угол между рабочей поверхностью высевающего диска и боковиной банки приводит к заклиниванию семян в рабочей канавке высевающего аппарата. Увеличение 50° значительно увеличивает количество семян скатывающихся с диска к массиву загрузки, а при =45° коэффициент вариации равномерности распределения вдоль рядка мелких семян наименьший и составляет =52…56%. Качественную работу ВДВА обеспечивает запас семян в нижней части аппарата - высота насыпки =7…13 мм. Полученные результаты экспериментов согласуются с данными теоретических исследований с расхождением 3…5 %, что подтверждает адекватность построенных математических моделей.

Оптимальными значениями регулируемых параметров разработанного ВДВА для высева семян люцерны малыми нормами 2…5 кг/га, при коэффициенте =60 %, есть угол наклона высевающего диска =29,75°, амплитуда колебаний =5,72 мм, частота колебаний =64,83 с^-1.

За результатами производственных испытаний разработанных ВДВА определены возможность повышения равномерности распределения семян по длине рядка: при посеве семян люцерны коэффициент вариации интервалов между растениями в рядках уменьшился с 94,85 %, при посеве СЗТ-3,6 до 63,81 %, при посеве семян рапса с 84,19 % до 59,74 %, а при посеве семян моркови - с 82,38 %, при посеве овощной сеялкой СОН-4,2 до 58,50 %. Это способствовало повышению полевой схожести семян люцерны на 6,9%, семян рапса на 9,4 %, а семян моркови на 8,6 % и урожайности семян люцерны на 0,5 ц/га, рапса на 2,6 ц/га, а корнеплодов моркови на 65,28 ц/га и, при этом товарность корнеплодов моркови увеличилась (на 5,4 %) до 90,5 %.

Сравнительными производственными испытаниями экспериментальной сеялки с серийными сеялками подтверждено высокую эксплуатационную эффективность и надежность разработанных ВДВА на высеве мелких семян сельскохозяйственных культур малыми нормами. Экономический эффект от использования сеялки с ВДВА, в сравнении с серийными сеялками составил на посеве семян: моркови 4459,26 грн/га (2000 г.), рапса - 1961,16 грн/га (2006 г.), люцерны -1766,99 грн/га (2009 г.).

Ключевые слова: мелкие семена, односеменной процесс посева, вибрационно-дисковый высевной аппарат, качество высева.

Groundings of process parameters and development of vibratile and disc sowing unit for one-seed sowing of small seeds. - Manuscript.

Kyrychenko R.V. Thesis for a Candidate Degree in Technical Sciences, speciality 05.05.11 -machinery and equipment of mechanization of agricultural production. - Kharkiv Petro Vasylenko National Technical University of Agriculture. - Kharkiv, 2011.

In this dissertation scientific task is accomplished to raise the quality of one-seed sowing of small seeds of agricultural crops whereby application of designed vibratile and disc sowing unit (VDSU). The betterment of evenness of sowing by designed VDSU is achieved through group seeds delivery with consequent formation of constant one-seed flow in space between external disc surface which oscillates in the direction toward the axle of its revolutions and internal tank surface. The efficiency of designed VDSU depends on the angle of pitch of sowing disc, amplitude and frequency of its oscillation.

Mathematical model of seeds motion dynamics in workable wedge-shaped groove of designed VDSU is developed. The optimal values of constructive and cinematic parameters for one-seed small spacing sowing of small seeds of agricultural crops with variety coefficient of unevenness of sowing not more than 60 percent are determined.

Key words: small seeds, one-seed process of sowing, vibratile and disc sowing unit, sowing quality.

Размещено на Allbest.ru