Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства

Диссертационная работа:

Вишняков Андрей Анатольевич. Технологический процесс и технические средства многоструйного вибрационного высева семян сельскохозяйственных культур : дис. ... д-ра техн. наук : 05.20.01 Красноярск, 2006 396 с. РГБ ОД, 71:06-5/555

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 8

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ И ТЕХНИЧЕСКИХ
СРЕДСТВ ВЫСЕВА СЕМЯН 16

1.1. Технологические процессы возделывания с.-х. культур,

способы их посева, агротребования 16

1.2. Технологические процессы и технические средства

высева семян и их структурные элементы 25

1.2.1 .Питающие емкости 30

1.2.2.Высевающие аппараты 34

1.2.3.Семяпроводы 35

1.2.4.Сошники посевных машин 38

1.3.Высевающие аппараты посевных машин 44

1.3.1.Назначение, классификация и агротехнические требования..44

1.3.2.Высевающие аппараты непрерывного высева 49

1.3.3 .Высевающие аппараты циклического высева 58

1 АВибрационные высевающие аппараты 65

1.4.1.Использование вибрации в сельскохозяйственной технике...65

1.4.2.0бзор вибрационных высевающих аппаратов 70

Выводы по первой главе и задачи исследований 81

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ОБОБЩЕННОЙ СТРУКТУРНОЙ МОДЕЛИ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССА

ВИБРАЦИОННГО ВЫСЕВА СЕМЯН 85

2.1 .Структурная модель процесса высева 86

2.2. Классификация технических средств вибрационного высева..97 2.3.1. Математическая модель движения семенного материала

з
по штанге 103

2.4. Математическая модель движения семян в вибрирующем

лотке высевающего устройства 117

2.4.1. Состояние свободной поверхности семян в колеблющемся

лотковом высевающем устройстве вибрационного аппарата 118

2.4.2.Вертикальная вибрация семян в лотковом высевающем

устройстве 131

2.4.3.Имитационная динамическая модель движения семян в
колеблющемся лотке 137

.2.5. Математическая модель движения семян в цилиндрическом

высевающем устройстве 148

Выводы по второй главе 153

ГЛАВА 3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 156

3.1.Программа исследований 156

3.2.Макетные образцы вибрационных высевающих аппаратов 157

3.2.1.Вибрационный аппарат со штанговым высевающим

устройством 158

3.2.2.Вибрационный аппарат с цилиндрическим высевающим

устройством 159

3.2.3.Вибрационный аппарат с лотковым высевающим

устройством 160

3.3.Лабораторные установки для проведения экспериментальных

исследований 167

ЗАОценочные показатели рабочего процесса вибрационного

высевающего аппарата и методики их определения 167

3.5.Порядок проведения опыта и используемые измерительные

приборы 172

3.б.Методика проведения многофакторного эксперимента 174

3.7.Определение усилия при погружении плунжера

в колеблющийся слой семенного материала 176

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ 180

4.1.Состояние семенного материала в высевающем устройстве

при его колебаниях 181

4.2.Влияние формы и расположения высевного отверстия на
средний расход семян 183

4.3. Исследования вибрационного аппарата со штанговым
высевающим устройством 186

4.3.1. Результаты исследований аппарата при высеве

семян пшеницы 187

4.3.2. Результаты исследований при высеве туков 190

4.4. Результаты исследований вибрационного аппарата с

цилиндрическим высевающим устройством 192

4.5.Исследования вибрационного аппарата с лотковым высевающим устройством при высеве семян зерновых

и зернобобовых культур 196

4.5.1.Результаты исследований аппарата при высеве семян

пшеницы 196

4.5.2.Результаты исследований аппарата при высеве семян овса....209

4.5.3.Результаты исследований аппарата при высеве

семян гороха 219

4.5.4.Результаты исследований аппарата при высеве семян ржи

и ячменя 229

  1. Исследования вибрационного аппарата с лотковым высевающим устройством при его отклонениях от горизонтального положения 235

  2. Исследования вибрационного аппарата с лотковым высевающим устройством при высеве семян овощных культур и трав 239

4.7.1. Результаты исследований аппарата при высеве

семян моркови 240

4.7.2. Результаты исследований аппарата при высеве

семян свеклы 249

4.7.3. Результаты исследований аппарата при высеве

семян огурцов 257

4.7.4. Результаты исследований аппарата при высеве семян редьки

и редиса 267

4.7.5.Результаты исследований аппарата при высеве

семян люцерны 271

4.8.Допустимые отклонения частоты колебаний лоткового

высевающего устройства от оптимальной 275

Выводы по четвертой главе 278

ГЛАВА 5.РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 281

5.1. Назначение многофункциональной почвообрабатывающе-
посевной машины 284

5.2.Рама машины и ее дополнительное оборудование 286

5.3.Вибрационные аппараты многофункциональной машины 289

5.3.1. Много функциональная машина в варианте сеялки со
штанговым высевающим аппаратом 289

5.3.2. Многофункциональная машина в варианте сеялки с
высевающими устройствами цилиндрической формы 295

5.3.3. Многофункциональная машина в варианте сеялки с

лотковыми высевающими устройствами 300

5.4.Привод вибрационных высевающих устройств МППМ 308

5.5. Сошники и сошниковые секции машины с

катково-сферичискими сошниками 311

5.6.Настройка многофункциональной машины в варианте зерновой

сеялки 316

5.7. Настройка многофункциональной машины в варианте овощной

сеялки 325

Выводы по пятой главе 327

ГЛАВА 6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ....329

6.1. Полевые испытания сеялки с вибрационными аппаратами 322

  1. Рядовая сеялка с вибрационными высевающими аппаратами 322

  2. Настройка сеялки на различные режимы работы 325

  3. Характеристика условий испытаний 332

6.1 АОпределение показателей качества работы

сравниваемых высевающих аппаратов 335

6.2. Экономическая эффективность многофункциональной

почвообрабатывающе-посевной машины с вибрационным

высевающим аппаратом 339

Выводы по шестой главе 346

ВЫВОДЫ 348

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 353

ПРИЛОЖЕНИЕ 376

Введение к работе:

Основной задачей АПК страны является полное удовлетворение потребностей населения собственными продуктами питания, а перерабатывающей промышленности - сырьем.

Федеральными программами стабилизации и дальнейшего развития аграрного сектора России предусматривается в ближайшие годы увеличить ежегодные валовые сборы зерна до 100 млн. т. в год, а в перспективе (2015...2017 гг.) довести урожайность зерновых культур до среднемировых показателей (2.7...3 т/га) и стабилизировать производство зерна на уровне 150...170 млн.т. [1,2].

Наряду с зерновой проблемой программами предусматривается и увеличение производства овощей. Для удовлетворения потребностей населения в овощах необходимо ежегодно производить 17,5...18 млн.т. витаминной продукции, в то время как сейчас их производство находится на уровне 11...12 млн.т. [3,4].

Решение этих проблем требует технологического перевооружения на базе энерго- и ресурсосберегающей техники нового поколения, существенное повышение качества выполняемых ими процессов и создание необходимых условий для полного раскрытия потенциала урожайности возделываемых культур на всех этапах их роста и развития, в том числе и на посеве. В настоящее время потенциал урожайности сортов с.-х. культур используется лишь на 50...80% [5].

Возделывание с.-х. культур обеспечивается совокупностью последовательно сменяющихся механизированных технологических процессов, обусловленных научно-обоснованными агротребованиями и биологией роста и развития растений. Технологические процессы при которых осуществляется посев семян занимают одно из ведущих мест в общем комплексе работ по возделыванию с.-х. культур, обеспечивающих повышение их урожайности при одновременном снижении себестоимости.

Технологические процессы высева семян различных культур представляют собой отдельные, неразрывно связанные между собой операции. В этом комплексе наиболее ответственной является операция дозирования семян. Равномерность их потока, формируемого при дозировании, определяет качество всего технологического процесса высева.

Технологические процессы высева семян различных культур реализуются посевными машинами (сеялкам), оснащенными структурными элементами (рабочими органами), каждый из которых выполняет определенную операцию с семенами.

Различия в физико-механических свойствах семян высеваемых культур, агротехнике их возделывания, недостаточная универсальность основных рабочих органов посевных машин обусловило выпуск различных по назначению и конструкции сеялок, что было связано с определенными трудностями и значительными денежными и материальными затратами.

Технический уровень отечественных сеялок в доперестроечный период определялся «Системой машин», в разработке которой принимали участие ГСКБ заводов, союзные и отраслевые научно-исследовательские и учебные институты [6]. Благодаря их усилиям были разработаны и поставлены на производство рядовые зерновые сеялки шириной захвата 3,6м, а для почв, подверженных ветровой эрозии, шириной 2,1м. Для посева овощных культур - овощные сеялки - шириной захвата 2,8м, а позднее 4,2 и 5,4м.

Эти сеялки оснащаются катушечными высевающими аппаратами (ВА) непрерывного высева. Проведенные позднее в различных регионах страны исследования по уточнению обоснованности агротехнических требований к качеству работы ВА, послужило основанием для разработки и производства широкозахватных сеялок с централизованными пневматическими высевающими системами [7]. В настоящее время из-за отсутствия четкой координации конструкторских организаций и базовых заводов производство посевных машин развивается стихийно. На отечественном рынке появились зарубежные посевные машины, отличающиеся высоким качеством изготовления,

10 оборудованных системами контроля технологического процесса их работы [8]. Согласно данным [9,10], около двух десятков иностранных фирм выпускают более двухсот моделей сеялок шириной захвата от 2 до 9м, при этом предпочтение они отдают навесному их варианту. В процессе испытания и хозяйственных работ зарубежных сеялок были выявлены такие недостатки, как неполное соответствие отечественным агротребованиям, особенно при неустойчивых погодных условиях и высокая стоимость, как самих машин, так и запасных частей [11,12].

Основным критерием технического уровня с.-х. машин, в том числе и сеялок, является их спрос на отечественном и мировом рынке. Существующий парк отечественных посевных машин представлен большой номенклатурой однооперационных сеялок, обусловливающих низкую их сезонную загрузку и дополнительные расходы на приобретение, эксплуатацию и ремонт. Анализ дальнейшего совершенствования техники для растениеводства позволил определить основные направления их развития.

Одним из перспективных направлений перевооружения с.-х. производства является оснащение его универсальными, в том числе многофункциональными, машинами с необходимым набором рабочих органов, позволяющих путем быстрой переналадки выполнять несколько технологических операций, не совпадающих по агротехническим срокам. Материалоемкость таких машин в 1,5.. .2 раза ниже однооперационных, выполняющих тот же объем работ, что значительно снижает их стоимость. Известно, что расход ГСМ, затраты труда и средств на эксплуатацию и ремонт находится в прямой зависимости от массы машины. В связи с этим новое поколение машин должно разрабатываться с учетом многофункциональности и блочно-модульного принципа их функционирования при более низких энергозатратах.

В технологическом процессе высева любой сеялкой участвует несколько структурных элементов (рабочих органов), но основным, определяющим качество высева, является ее высевающий аппарат (ВА).

В зерновых и некоторых овощных сеялках используются аппараты непрерывного высева, а в пропашных сеялках однозернового высева - аппараты циклического или пульсирующего действия.

Наиболее распространенным аппаратом непрерывного высева является катушечный со сдвигаемой или неподвижной катушкой. Эти аппараты являются одноструйными, т.е. каждый из них подает семена в один рядок. Катушки аппаратов, осуществляющих высев семян с большой нормой, плохо справляются с высевом семян с малой нормой. Многие детали катушечного аппарата требуют сложных технологий их изготовления, что обусловливает их высокую стоимость. Установка на норму и равномерность высева осуществляется с помощью трех регулировок, что повышает трудоемкость операций по подготовке сеялки к работе и требует высокой квалификации настройщика.

В производственных условиях этот аппарат не удовлетворяет требованиям по качеству посева, оцениваемого равномерностью распределения семян в рядке. По данным Комаристова В.Е. при различных нармах высева коэффициент вариации интервалов между семенами в рядке колеблется от 93 до 122% [13]. Кроме того, при этом наблюдается и травмирование семян. Согласно исследованиям Еремина В.Н. при частоте вращения катушки 30...60 мин"1 повреждение семян овса составилоЗ,5...9,7%>, пшеницы - 5,3...14,5% и ржи6,7... 17,6% [14].

К аппаратам непрерывного высева относятся централизованные высевающие системы (ЦВС), осуществляющие общее дозирование семян в пневмопровод и их транспортирование к сошникам воздушным потоком. Подача семян в пневмопровод осуществляется катушками больших размеров. В некоторых системах предусматривается двойное деление пневмозерновых смесей в специальных делительных головках. Существенными недостатками таких высевающих систем являются: сложность поддержания постоянной скорости воздушного потока, транспортирующего семена, возможность забивания семяпроводов при снижении его скорости, повреждение семян в процес-

12 се их транспортирования и деления на отдельные потоки в распределительных головках [7]. Все это приводит к значительной неравномерности распределения семян вдоль рядков и по занимаемой площади. Если при высеве семян зерновых культур такими системами неравномерность распределения семян вдоль рядков компенсируется биологическими особенностями этих культур и не приводит к значительному снижению урожайности, то этого нельзя сказать про семена пропашных и овощных культур. При общей простоте технологической схемы функционирования, в конструктивном отношении они значительно сложнее механических ВА, в том числе из-за высокооборотных вентиляторов с приводом от вала отбора мощности трактора. Высевающие системы сеялок с центральным дозированием целесообразно использовать в степных районах с большими размерами полей, засеваемых в сжатые агросроки.

К ВА непрерывного высева относится вибрационная высевающая систему (ВВС) «Клен» с централизованным управлением режимом работы - изменением частоты и амплитуды колебаний высевающего элемента в зависимости от нормы высева и физико-механических свойств семян. Эта система не требует привода высевающих устройств. Однако, применение ее ограничивается из-за отсутствия устройств для внесения минеральных удобрений. По данным испытаний сеялки с ВВС на Северо-Кавказской МИС отмечена повышенная неравномерность ее высева [8]. Кроме того, ее стоимость по сравнению с традиционной системой и ЦВС значительно выше.

Применяемые в сеялках точного однозернового высева механические и пневматические аппараты, расположенные непосредственно в секциях, более равномерно распределяют семена вдоль рядка по сравнению с катушечными. Однако, в результате низкой всхожести большинства семян пропашных и овощных культур это преимущество сводится к минимуму. Кроме того, эти аппараты, являясь одноструйными, сложнее катушечных, а их стоимость значительно выше.

Несмотря на многообразие высевающих систем, универсальный аппарат, удовлетворяющий всем агротехническим и эксплутационным требованиям высева семян с различными физико-механическими свойствами и нормами высева, до сих пор не создан [15].

Конструктивно-технологические схемы рассмотренных высевающих аппаратов не вписываются в компоновочные схемы многофункциональных полевых машин, работающих в вариантах рядовой или пропашной сеялок. Поэтому работы исследователей и конструкторов, связанные с совершенствованием существующих и разработкой принципиально новых ВА, свободных от названных выше недостатков, являются актуальными. К ним можно отнести аппараты, рабочие процессы которых основаны на использовании вибрации, в результате которой семена приобретают свойства, повышающие их «текучесть».

Ограниченное использование ВА, в рабочих органах которых используется принцип вибрации, объясняется не только недостаточной изученностью процесса, но и низким уровнем технических решений, положенных в основу их рабочих процессов, оценочные показатели которых не удовлетворяют агротехническим требованиям.

Принципиально новым техническим решением, повышающим качество технологического процесса высева семян вибрационным аппаратом, является отделение колеблющегося объема семян от общего объема в бункере. При этом в процессе высева автоматически сохраняются параметры колеблющегося объема семян за счет постоянной подпитки его семенами из бункера. При этом создаются равновозможные условия для всего объема семян в высевающем устройстве, что позволяет обеспечить многоструйное и равномерное их истечение через все высевные отверстия.

Аппараты, работающие с использованием принципа вибрации, являются универсальными, так как изменением режима колебаний можно добиться высева семян, значительно отличающихся по физико-механическим свойствам и нормам высева.

Технологический процесс многоструйного высева значительно упрощает привод аппаратов, что дает возможность удачно вписать их в компоновочную схему универсальной полевой машины, обеспечивающей экономию материальных средств, энерго- и ресурсосбережение при с.-х. работах в варианте рядовой и пропашной сеялок.

В связи с этим весьма актуальной является проблема совершенствования технологического процесса высева семян и создания высевающих систем, основанных на блочно-модульном принципе построения и обеспечивающих высокое качество посева. Решению отмеченной проблемы и посвящена данная работа.

Результаты исследования многоструйного высева семян из замкнутого объема при низкочастотных колебаниях семенного слоя, составившие основу представленной диссертации, выполнены в соответствии с государственной научно-технической программой в течение 1990...2005 гг. на кафедрах сельскохозяйственных машин и теоретической механики и сопротивления материалов Красноярского государственного аграрного университета при участии Красноярского НИИ сельского хозяйства, позволили обосновать параметры вибрационных высевающих аппаратов для посева зерновых и овощных культур, а полученные теоретические и экспериментальные данные составляют научную основу для проектирования и использования вибрационных высевающих аппаратов на сеялках и комбинированных почвообрабатывающе-посевных машинах, работающих в вариантах рядовой и пропашной сеялок.

На основании вышеизложенного была сформулирована цель диссертации: разработка технологического процесса и технических средств многоструйного вибрационного высева семян сельскохозяйственных культур, обеспечивающих снижение материальных и энергетических затрат и повышение качества посева

На защиту выносятся следующие положения:

1. Теоретические модели обоснования технических средств высева семян.

  1. Теоретические модели обоснования технологического процесса многоструйного вибрационного высева семян.

  2. Классификации вибрационных высевающих аппаратов и конструктивно-технологические схемы со штанговыми, цилиндрическими и лотковыми высевающими устройствами.

  3. Двухуровневая система формирования многоструйного потока семян путем сочетания свободного и вынужденного истечения при низкочастотных их колебаниях;

  4. Математические модели, описывающих движение семенного материала при его колебаниях в замкнутом объеме и обеспечивающие определение условий равномерного истечения семян через калиброванные высевные отверстия;

  5. Экспериментальные зависимости количественных и качественных оценочных показателей вибрационных аппаратов при высеве различных семян от основных факторов, влияющих на их рабочие процессы.

  6. Универсальная почвообрабатывающее-посевная машина в варианте зерновой и пропашной сеялок.

  7. Аналитические зависимости для настройки вибрационных высевающих аппаратов сеялок на заданную норму высева;

Подобные работы
Валуев Василий Николаевич
Совершенствование процесса высева семян двух культур пневмомеханическим высевающим аппаратом
Шевырёв Леонид Юрьевич
Совершенствование процесса дозирования семян зерновых культур сеялкой с централизованным высевом
Овчаров Павел Михайлович
Разработка технологического процесса выделителя семян тыквенных культур и обоснование параметров его отделяющего аппарата
Андреев Виталий Васильевич
Совершенствование технологического процесса очистки семян мелкосеменных культур
Гужин Игорь Николаевич
Совершенствование технологического процесса распределения семян зерновых культур с обоснованием параметров сошника для подпочвенного разбросного посева
Василенко Владимир Васильевич
Совершенствование процесса формирования пунктирного ряда семян и растений пропашных культур
Гармаев Цыден Ирдынеевич
Совершенствование технологического процесса распределения семян при бороздково-ленточном посеве зерновых культур
Сихарулидзе Георгий Лаврентьевич
Исследование технологического процесса посадки крупномерных сеянцев многолетних культур в тяжелых почвенных условиях и разработка технического средства для его осуществления
Сохроков Артур Мухамедович
Совершенствование технологии предпосевной подготовки и оптимизация параметров установки для дражирования семян овощных культур
Родимцев Сергей Александрович
Технологические и технические решения производства элитных семян зернобобовых культур

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net