На правах рукописи

Гармаев Цыден Ирдынеевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СЕМЯН

ПРИ БОРОЗДКОВО-ЛЕНТОЧНОМ ПОСЕВЕ

ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Новосибирск 2007

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства (ГНУ СибИМЭ СО Россельхозакадемии.)

Научный руководитель - кандидат технических наук,

Утенков Геннадий Леонидович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профеcсор

Докин Борис Дмитриевич

кандидат технических наук, профессор

Воробьев Виталий Иванович

Ведущая организация - ФГУ Сибирская государственная

зональная машиноиспытательная

станция

Защита диссертации состоится л_________2007 года в___часов на заседании диссертационного совета Д 006.059.01. при Государственном научном учреждении Сибирский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства по адресу: 630501, Новосибирская область, п. Краснообск,

СибИМЭ.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке института.

Автореферат разослан л_______________2007 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета. Н.Н. Назаров

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В комплексе работ по возделыванию сельскохозяйственных культур посев занимает одно из ведущих мест. От способа посева с обеспечением всех агротребований во многом зависит урожайность возделываемых культур. Качество посева принято оценивать равномерностью распределения семян, как по площади поля, так и по глубине заделки. Чем они равномернее распределены, тем лучше условия питания и освещения растений, дружнее всходы, меньше внутривидовая конкуренция и внедрение сорной растительности, следовательно, выше урожай. Семена должны быть, уложены на твёрдое влажное ложе, заделаны на заданную глубину, присыпаны, опять же, влажной почвой, которая для лучшего контакта с семенами должна быть прикатана сверху и прикрыта мульчирующим слоем. По данным ВИМ из-за не выполнения данных условий наиболее распространенными посевными агрегатами с дисковыми сошниками ежегодно не добирается 15-20% зерна.

Наиболее полно отвечают требованиям равномерного распределения семян зерновых культур по площади - сплошной и ленточный способы посева. В засушливых зонах степи и лесостепи Сибири высокой эффективностью может обладать комбинация бороздкового и ленточного посева. Семена, расположенные лентой в бороздках оказываются в наиболее комфортных, для прорастания и развития, условиях по обеспеченности влагой и теплом. Чтобы они к тому же были равномерно обеспечены питанием, необходимо распределить их рационально по площади ленты. Поэтому работа по совершенствованию технологического процесса распределения семян при бороздково-ленточном посеве является актуальной.

Цель работы - повышение эффективности бороздково-ленточного посева семян зерновых культур путем обоснования рационального размещения их по ширине засеваемой ленты и определения соответствующих параметров распределителя.

Объект исследования - технологический процесс подпочвенно-разбросного посева зерновых культур с образованием ленты (полосы) определённой ширины и рациональным размещением семян в ней.

Предмет исследования - закономерности процесса рационального размещения семян зерновых культур по площади и глубине в системе: семена - семяпровод - сошник - распределитель - почва.

Научная новизна - зависимости влияния характера распределения семян в ленте на рост и развитие растений, конструкция и параметры распределителя, обеспечивающие рациональное размещение семян зерновых культур при посеве бороздково - ленточным способом, математическая модель для определения влияния параметров распределителя на характеристики размещения семян по ширине ленты.

На защиту выносятся:

- параметры рационального размещения семян зерновых культур при ленточном посеве;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований распределителя семян для бороздково-ленточного посева зерновых и режимов его работы;

- конструктивные и технологические параметры распределителя семян сошника сеялки для бороздково-ленточного посева зерновых культур.

Реализация работы. Работа выполнена в ГНУ СибИМЭ СО Россельхозакадемии в соответствии с государственным тематическим планом работ по теме: 02.01.01 - Разработать конкурентоспособные, адаптивные экологически безопасные, ресурсосберегающие машинные технологии и технические решения для обработки почвы и посева при возделывании зерновых культур в условиях Сибирского региона, основанные на принципах минимилизации обработки почвы, многофункциональности и блочно-модульности машин и автоматизированного управления технологическими процессами.

Комбинированная машина для бороздково-ленточного посева зерновых культур с разработанным распределителем прошла экспериментальную и производственную проверку в ОПХ Элитное НСО, на опытных полях ГНУ СибНИИРС и СибНИИЗХим (2003-2006 гг.), а также предварительные государственные испытания (ФГУ Сибирская МИС, 2005 г.).

Материалы исследования рассмотрены и одобрены, а исходные требования на почвообрабатывающую посевную машину для бороздково-ленточного посева утверждены НТС департамента АПК Новосибирской области (протокол №8 от 9 февраля 2006г.).

Апробация работы. Основные положения работы в период с 2002 по 2006 год рассматривались на международных и региональных конференциях, ученых советах и семинарах, в частности: на международной научно-практической конференции молодых ученных СО РАСХН Новейшие направления развития аграрной науки в работах молодых учёных в г. Новосибирск, 15-16 ноября 2004 года; на международной научно-практической конференции Агро-инженерная наука: проблемы и перспективы развития в г. Улан-Удэ, ФГОУ ВПО БГСХА им. В.Р.Филиппова, 8-20 июня 2005 года; на международной научно-практической конференции Аграрно-экономическая наука в решении проблем агропромышленного производства: прошлое, настоящее, будущее в г. Новосибирск, ГНУ СибНИИЭСХ СО РАСХН, 5-6 сентября 2005 года; на научно-практической конференции Тенденции и факторы развития агропромышленного комплекса Сибири в г. Кемерово, ГНУ КемНИИСХ СО РАСХН, 18-21 октября 2005 года; на ученом совете ГНУ СибИМЭ (п. Краснообск, 2002-2005 г.г.).

Научно-исследовательской работе Машинная технология и сеялка для бороздково-ленточного посева зерновых культур присужден диплом I степени Президиума СО РАСХН в области механизации сельского хозяйства (2005 г.).

Публикации. Основные положения и результаты по диссертации изложены в 13 работах, опубликованных в сборниках научных трудов, научно-технических бюллетенях, журналах, материалах международных и региональных конференций.

Структура и объем работ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и приложений

Работа содержит 114 страниц машинописного текста, 18 таблиц, 20 рисунков и 8 приложений на 14 страницах. Список использованной литературы включает 117 наименований, в том числе 3 иностранных источника.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, определена цель исследования, изложены научная новизна работы и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе Состояние вопроса и задачи исследований рассмотрены особенности агроклиматических условий Западной Сибири, дан анализ существующих способов посева зерновых культур. Приведен обзор конструкций посевных машин и основных типов распределительных устройств зерновых сеялок с указанием их недостатков и преимуществ. Сформулированы цель и задачи исследований.

Урожайность определяется количеством растений на единице площади и их средней продуктивностью. Проблема повышения урожайности может быть решена увеличением количества растений на единице площади. До некоторого, определённого для каждой культуры значения, этот приём даёт положительный эффект. При дальнейшем росте количества растений на единице площади их средняя продуктивность резко снижается и урожайность больше не повышается. При этом возрастает потребность в семенах, а семенное зерно, особенно на ранних стадиях размножения, является тем потенциалом, который нужно использовать с максимальной отдачей. Необходимо увеличивать среднюю продуктивность растений, создавая благоприятные условия для их роста и развития путём рационального распределения по площади.

В настоящее время большая часть зерновых культур высевается рядковым способом сеялками типа СЗП-3,6 с дисковыми сошниками. Преимуществом их по сравнению с лаповыми сошниками сеялок типа СЗС-2,1, Обь-4-ЗТ и др. является индивидуальное копирование поверхности поля с более равномерной глубиной заделки семян. Однако рядковый способ посева не удовлетворяет требованиям рационального размещения семян по площади питания.

Проблеме обеспечения оптимального пищевого режима растений посвящены работы И.И.Синягина, И.С. Шатилова, Н.С.Авдонина, З.И.Журбицкого, Т.Н.Кулаковской и др. По данным многих авторов одним из путей оптимизации площади питания зерновых культур является использование ленточного посева, обеспечивающего расположение растений близкое к квадратному. При этом результатами проведенных исследований, проводившихся В.А. Ма, Г.М. Бузенковым, В.А. Пахмутовым и др. установлено что, ленточный способ посева, реализованный с помощью устройств для подпочвенно-разбросного распределения семян даёт наилучшие результаты, т. к. при этом меньше испарение влаги из почвы и семена располагаются на твёрдое ложе и во влажном слое. Применение подпочвенно-разбросного посева зерновых с образованием лент обеспечивает прибавку урожая от 7 до 30%.

Бороздково-ленточный посев синтезирует положительные свойства подпочвенно-разбросного и ленточного посевов зерновых культур, а также благодаря наличию борозд, образованных перемещением части почвы над семенами в зону междурядий с образованием гребней, обеспечивает оптимальную глубину заделки семян, устраняя недостаток лаповых сошников. Кроме этого данный способ может способствовать сглаживанию негативного воздействия экстремальных климатических условий в виде засухи на яровые культуры и малоснежных морозных зим - на озимые.

Высокий и устойчивый урожай может быть сформирован только при условии получения максимально однородных растений. Важным фактором для получения равномерно высокой продуктивности растений при ленточном посеве является определение принципа рационального размещения семян по ширине ленты с учётом краевого эффекта. В связи с наличием междурядий (не засеянной полосы), растения находящиеся по краям ленты и в середине имеют разные условия для развития: у крайних растений лучше освещённость, их корневые системы могут беспрепятственно занимать не занятую площадь, тогда как средние вынуждены преодолевать для этого внутривидовую конкуренцию со стороны первых, и как следствие - формирование доминантных и подчинённых растений.

На основании вышеизложенного и в соответствии с поставленной целью сформулированы следующие задачи:

Х Выявить основные закономерности взаимодействия потока семян зерновых культур с распределителем в зависимости от его конструктивных параметров.

Х Обосновать рациональное распределение семян по крайним и центральным полосам ленты при бороздково-ленточном посеве и определить параметры распределителя.

Х Провести эксплуатационно-технологическую оценку комбинированного агрегата для бороздково-ленточного посева с разработанным распределителем семян. Определить экономическую эффективность основных результатов исследования.

Вторая глава посвящена теоретическому обоснованию параметров распределителя, представлена расчетная модель распределения семян в подлаповом пространстве при работе комбинированного агрегата.

С целью создания наиболее благоприятных условий для реализации генетического потенциала единичного растения необходимо обосновать параметры распределителя семян, устанавливаемого в подлаповом пространстве, для выполнения ленточного способа посева зерновых культур с рациональным размещением семян в ленте.

Рассматривая соударение эллипсоидного тела G о плоской поверхностью, примем систему координат (0Т, YФ, ХФ), которая жестко связана с поверхностью (рисунок 1). Допускаем, что эта система неподвижна.

Положение твердого тела в трехмерном пространстве однозначно определяется тремя координатами какой-либо его точки, например, центра масс и трех углов поворота (углы Эйлера),,, описывающих вращение тела вокруг центра масс. Следовательно, для описания движения твердого тела в системе координат (0Т; хТ, yТ, zТ) в общем случае необходимо задать шесть уравнений.

Рисунок 1- Движение тела в пространстве.

Три из них можно получить из основного закона динамики:

. (1)

где - равнодействующая всех сил, действующих на тело;

- ускорение центра масс тела.

Недостающие три уравнения могут быть получены из закона сохранения кинетического момента.

. (2)

где - кинетический момент тела G;

- импульс сил.

В случае плоского движения у твердого тела имеются три степени свободы, и для описания его движения достаточно трех уравнений:

,,. (3)

где Jz - момент инерции тела G.

Поскольку время удара чрезвычайно мало (t11/50000 c), то за это время тело не успевает заметно изменить свое положение в пространстве. Поэтому можно считать удар почти мгновенным. Однако за время удара тело получает такой импульс, что скорость точки контакта изменяется с на, где К<1 - коэффициент восстановления.

Для моделирования процесса распределения семян приняты следующие допущения:

1. Семена зерновых культур (зерновки) имеют достаточно малые размеры dx,dydz и массу т3= 0,035 г.

2. Зёрновки поступают в верхнюю часть стойки сошника на высоте