Geum.ru
Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям

На правах рукописи

Авраменко Федор Владимирович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОДАЧИ СЕМЯН КЛЕЩЕВИНЫ ПНЕВМАТИЧЕСКИМ АППАРАТОМ ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства (по техническим наук

ам)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Зерноград - 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия (ФГБОУ ВПО АЧГАА)

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Хижняк Владимир Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Забродин Виктор Петрович (ФГБОУ ВПО АЧГАА, зав. кафедрой) кандидат технических наук, доцент кафедры Зубрилина Елена Михайловна (ФГБОУ ВПО Ставропольский ГАУ)

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение Северо-Кавказская зональная машиноиспытательная станция (ФГБУ Северо-Кавказская МИС, г. Зерноград)

Защита состоится л26 декабря 2012 г. в 9-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.001.01, созданного при ФГБОУ ВПО Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия (ФГБОУ ВПО АЧГАА), по адресу: 347740, г. Зерноград Ростовской области, ул. Ленина 21 (зал заседаний диссертационного совета).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО АЧГАА.

Автореферат разослан л26 ноября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Н.И. Шабанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Клещевина - одна из ценнейших масличных культур, из семян которой получают непревзойденное по качеству касторовое, или рициновое масло. Масло клещевины по составу и свойствам резко отличается от других растительных масел. Оно вязкое, слабо растворяется в бензине и других органических растворителях, не застывает при отрицательных температурах до -18С, что делает его отличным по качеству смазочным материалом, который используется в авиации и космической промышленности. Масло клещевины используется в химической промышленности для изготовления высококачественной олифы, нитролаков, гидротормозной жидкости, перхлорвиниловых лаков и покрытий для электрического кабеля, а также в парфюмерии при производстве пластмасс, в машиностроении при металлообработке. Многоцелевое применение оно также нашло в радиотехнической промышленности при производстве жидкого диэлектрика - олеовокса, в текстильной промышленности для создания синтетических тканей волокон и их окраски, в полиграфии для изготовления типографских красок.

Урожайность клещевины зависит от качества посева. Создание средств механизации посева клещевины, осуществляющих точный посев, позволит увеличить урожайность этой ценной культуры.

Посев семян клещевины осуществляется в основном универсальными пневматическими сеялками, оснащенными вакуумными высевающими аппаратами, которые на скоростях более 8 км/ч не обеспечивают необходимой точности и равномерности высева. Сеялки с аппаратами избыточного давления позволяют дозировать семена на высоких рабочих скоростях.

Поэтому исследования, направленные на повышение качества посева семян клещевины на рабочих скоростях до 15 км/ч пневматическими сеялками избыточного давления, имеют важное научное и практическое значение для АПК.

Связь темы диссертации с планом научно-исследовательских работ.

Исследование и разработка, выполненные диссертантом и составившие основу диссертации, приведены в соответствие с планом фундаментальных и приоритетных прикладных исследований Россельхозакадемии по научному обеспечению АПК РФ на 2006Ц2010 и 2011Ц2015 годы и согласно плану НИР ФГБОУ ВПО АЧГАА на 2006Ц2010 и 2011Ц2015 годы.

Научная гипотеза. Повышение равномерности дозирования семян клещевины и увеличение их подачи аппаратами избыточного давления может быть достигнуто обоснованием рациональной формы дозирующих элементов и применением математической модели определения давлений воздуха для фиксации семян в дозирующих элементах в их слое и транспортировании семян к месту разгрузки.

Рабочая гипотеза. Формой дозирующих элементов высевающего диска аппарата избыточного давления может быть профиль ячейки, образованный вращением вокруг его оси образующей переменной кривизны, гарантированно удерживающий семена при рациональном давлении воздуха необходимом для выноса семян из слоя и их транспортировании.

Цель исследования. Совершенствование процесса подачи семян клещевины пневматическим аппаратом избыточного давления путём применений рациональных параметров.

Объект исследования. Процесс подачи семян клещевины пневматическим аппаратом избыточного давления.

Предмет исследования. Закономерности процесса подачи семян клещевины пневматическим аппаратом избыточного давления.

Методы исследования. Для достижения поставленной цели использовались методы, которые включают теоретическое описание процесса захвата и сброса семян дозирующей системой с использованием методов теоретической механики, математического анализа, теории вероятностей, математической статистики, планирования эксперимента.

Научная новизна. Разработаны аналитические зависимости фиксации семян в дозирующих элементах конической формы с криволинейной образующей, учитывающие основные параметры и режимы процесса.

Практическая значимость состоит в разработке высевающего аппарата избыточного давления, применение которого позволило повысить равномерность распределения семян (коэффициент вариации интервалов между растениями в рядке составил 28,7%).

На защиту выносятся:

- теоретические зависимости определения давления воздуха для заполнения дозирующих элементов в слое семян, давления воздуха для удержания семени в дозирующем элементе при транспортировании, параметров дозирующего элемента;

- физико-механические свойства семян клещевины;

- статистическая математическая модель процесса подачи семян клещевины высевающим аппаратом;

- рациональные параметры и режимы работы аппарата.

Реализация результатов исследований. Аппарат избыточного давления и результаты исследований переданы в институт агроинженерных проблем ФГБОУ ВПО АЧГАА для проектирования сеялки с высевающими аппаратами точного дозирования.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены, одобрены и рекомендованы к публикации на научных конференциях ФГБОУ ВПО АЧГАА (2009Ц2012 гг.), ВНИИПТИМЭСХ (СКНИИМЭСХ) (2009Ц2011 гг.), ФГОУ ВПО САРАТОВСКИЙ ГАУ (2010 г.), ФОНД СОДЕЙСТВИЯ РАЗВИТИЮ малых форм предприятий в научно-технической сфере У.М.Н.И.К. (2011 г.), Молодежный инновационный КОНВЕНТ Ростовской области (2011 г.), Всероссийский молодежный образовательный форум СЕЛИГЕР Инновации и техническое творчество (2011Ц2012 гг.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в пяти работах, в том числе в одном издании, рекомендованном ВАК Министерства образования и науки РФ, и пяти патентах на изобретения (№ 2356210, № 2202873, № 2202872, № 2263434, № 2333629) [17Ц19]. Общий объём опубликованных работ составляет 3,3 п.л., из которых 1,7 п.л. принадлежит автору.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 158 наименований. Основное содержание работы изложено на 134 страницах компьютерного текста, включая 36 рисунков и 19 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы, практическая значимость, приведено краткое изложение по главам, положения, выносимые на защиту.

В первой главе Современное состояние посева семян клещевины, цель и задачи исследования приведена технология посева клещевины, анализ конструкций высевающих аппаратов для точного высева семян пропашных культур, вопросы теории пневматических высевающих аппаратов, сформулированы цель и задачи исследования.

Большую значимость в исследовании рабочих процессов посевных машин и дозаторов имеют труды академиков В.П. Горячкина, П.М. Василенко, М.Н. Летошнева, Г.Е. Листопада, исследователей В.С. Басина, А.А. Будагова, И.А. Бережного, Н.М. Беспамятновой, В.А. Богомягких, Н.В. Валуева, Ф.Г. Гусинцева, Б.И. Журавлева, Л.И. Зенина, С.В. Кардашевского, И.Н. Краснова, П.Я. Лобачевского, Н.П. Лобачевской, В.А. Савенко, В.А. Скользаева, В.И. Хижняка, В.П.

Чичкина, В.А. Черноволова и других известных ученых.

Анализ литературных источников и патентно-информационных материалов показал, что при посеве семян клещевины целесообразно применять пневматические сеялки точного высева. Однако при эксплуатации этих машин на рабочих скоростях выше 8 км/ч происходит снижение качества дозирования семян, что приводит к недобору части урожая. В связи с этим целью исследования является повышение качества дозирования семян клещевины высевающим аппаратом избыточного давления на рабочих скоростях до 15 км/ч путём разработки функциональной схемы и конструкции, а также обоснование основных параметров и режимов работы высевающего аппарата избыточного давления.

Реализация поставленной цели требует решения следующих задач:

1. Разработать математическую модель влияния параметров аппарата избыточного давления на качество дозирования семян и обосновать форму дозирующего элемента высевающего диска аппарата избыточного давления.

2. Определить физико-механические свойства семян клещевины, районированных в Южном федеральном округе.

3. Получить регрессионную модель процесса подачи семян клещевины аппаратом избыточного давления и обосновать рациональные параметры дозирующего элемента высевающего диска и режимы работы высевающего аппарата.

4. Оценить экономическую целесообразность внедрения разработанной конструкции в сельскохозяйственное производство.

Во второй главе Анализ процесса высева семян аппаратом избыточного давления представлены функциональная схема процесса дозирования семян пневматическим высевающим аппаратом, принятые предпосылки и допущения, определены условия фиксации семени в дозирующем элементе, теоретически выявлены рациональные значения его геометрических параметров.

Пневматический высевающий аппарат (рисунок 1) работает следующим образом.

Из бункера (не показан) семена через горловину 6 поступают в семенную камеру 5 корпуса 1 и образуют сектор заполнения дозирующих элементов 4 с центральным углом от 1500 до 2000. При уменьшении угла сектора заполнения менее 1500 путь заполнения дозирующих элементов уменьшается, что значительно увеличивает количество пропусков при высокой частоте вращения высевающего диска. При увеличении угла сектора заполнения более 2000 нарушается рабочий процесс удаления лишних семян.

Рисунок 1 - Принципиальная схема экспериментального пневматического высевающего аппарата Воздух подается в полость аппарата по патрубку 9 от источника нагнетания (не показан).

При вращении высевающего диска 3 семена под действием бокового давления семян в слое и разности давлений воздуха во внутренней полости аппарата и атмосферного давления заполняют дозирующие элементы 4. Семена, захваченные дозирующими элементами, перемещаются навстречу потоку семян из бункера в семенную камеру. Дозирующие элементы захватывают семена и воздействуют на рядом расположенные, что улучшает ворошение семян в семенной камере и придает им скорость близкую, к скорости движения дозирующих элементов.

Заполненные дозирующие элементы 4 движутся к заборному устройству.

При проходе возле канала 9 потоком воздуха удаляются лишние семена из дозирующих элементов. Заборное устройство расположено на концентрической окружности в правой части. В момент сброса выступ уплотнительной прокладки 10 закрывает последовательно каждое отверстие для выхода воздуха из дозирующих элементов 4, устраняя утечку воздуха через дозирующие элементы, что облегчает забор семян из дозирующих элементов потоком воздуха, направленным в трубку заборного устройства.

Фиксация семени в дозирующем элементе. За основу анализа процесса заполнения дозирующих элементов принята модель сыпучего тела, предложенная Л.В. Гячевым и дополненная В.А. Богомягких, согласно которой угол укладки технологического материала =300. Кроме их допущений приняты дополнительные допущения:

- угловая скорость вращения диска постоянна;

- постоянно давление воздуха, действующего на семя;

- семена представляют собой одинаковые, однородные, абсолютно твердые шары;

- размеры семян малы в сравнении с размерами поперечных сечений корпуса высевающего аппарата;

- силы трения семян о высевающий диск пропорциональны силам нормального давления (закон Кулона);

- начальный угол при вершине осевого сечения конуса с криволинейной образующей более двух углов трения семени о поверхность дозирующего элемента;

- силы инерции, возникающие при движении агрегата по полю, не учитываются.

Схема сил, действующих на семя в дозирующем элементе представлена на рисунках 1Ц3.

Рисунок 2 - Схема сил, действующих Рисунок 1 - Схема сил, действующих в плоскости хz на семя в дозирующем элементе в плоскости ху на семя в дозирующем элементе, находящемся в слое семян Рисунок 3 - Схема сил, действующих в плоскости уz на семя в дозирующем элементе Принимая во внимание эти допущения, определено необходимое давление воздуха для заполнения дозирующих элементов в слое семян:

(1) где d - диаметр отверстия для выхода воздуха из дозирующего элемента, м;

- эмпирический коэффициент пропорциональности;

- угол между касательной линией к образующей дозирующего элемента, проходящей через точку касания семени с элементом и горизонталью;

- угол укладки семян, град.;

- угол поворота высевающего диска к горизонтальной линии, проходящей через центр высевающего диска, град.;

- угол между линией действия силы и осью у в плоскости ху, град.;

- угол между линией действия силы и осью z в плоскости хуz, град.;

- расстояние от центра вращения диска до центра семени, м;

- угловая скорость вращения семени с высевающим диском, ;

- масса семени, кг;

- длина семени, м;

- ширина семени, м;

- толщина семени, м;

- стороны прямоугольного сечения семенной камеры, м;

- коэффициент трения семени о поверхность высевающего диска;

- коэффициент трения семени о поверхность корпуса;

- плотность семени, кг/м3;

- угол трения семян, град.;

Подставляя в формулу (1) значения величин, получим необходимое давление воздуха в камере высевающего аппарата в зависимости от изменения Графики зависимости необходимого давления от с учетом и без учета действия силы горизонтального давления вышележащего слоя семян представлены на рисунке 4.

Проанализировав представленные графики, необходимо отметить, что рациональное значение для фиксации семени в дозирующем элементе, исключающее заклинивание семян в дозирующем элементе, находится в интервале 20-50 град.

Фиксация семени в дозирующем элементе при транспортировании к месту разгрузки. Необходимое давление воздуха для удержания семени в дозирующем элементе при выходе из слоя семян (2) где - угол поворота высевающего диска, град.;

- радиус окружности семени, м;

- угловое ускорение семени, радс-2;

- момент инерции семени относительно оси, проходящей через центр масс, кгм2;

- расстояние между осями, м.

Рисунок 4 - Графики зависимости необходимого давления p от Обоснование параметров дозирующего элемента высевающего диска.

Схема элемента представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Форма дозирующего элемента Исходя из условия, что семена должны надежно фиксироваться в дозирующем элементе при захвате, а также свободно выходить в трубку заборного устройства из дозирующего элемента, получены следующие зависимости.

Диаметр отверстия для захода семян и воздуха в дозирующий элемент равен (3) где - максимальная длина семени, м.

Глубина дозирующего элемента равна (4) Уравнение кривой образующей дозирующего элемента (5) В третьей главе Программа и методика экспериментальных исследований изложены задачи экспериментальных исследований, методика исследований физико-механических свойств семян клещевины, пневматического высевающего аппарата избыточного давления в лабораторных условиях, в частности многофакторного эксперимента типа ПФЭ 23. Описаны оборудование и приборы, характеристики оценки качества работы высевающего аппарата избыточного давления.

Исследовался экспериментальный высевающий аппарат избыточного давления, оснащенный экспериментальным высевающим диском с 30 дозирующими элементами. Лабораторные исследования проводились с использованием универсального компьютеризированного комплекса для исследований и испытаний высевающих аппаратов сеялок точного высева. В состав комплекса входят стенд, нагнетательно-вакуумно-силовая установка, информационно-измерительная аппаратура.

В четвертой главе Результаты экспериментальных исследований представлены результаты экспериментальных исследований: физико-механических свойств семян клещевины трех сортов, полного факторного эксперимента типа ПФЭ 23, влияние сорта клещевины, количества дозирующих элементов в высевающем диске, наполнения бункера высевающего аппарата, наклона высевающего аппарата на характеристики подачи семян дозирующими элементами, сравнительной оценки характеристик подачи семян дозирующими элементами высевающих аппаратов ДС-1 и СПБ-8К, лабораторно-полевого эксперимента.

Исследованы свойства трех сортов клещевины, районированных на юге России Донская 7, Донская крупнокистная, Афродита.

Масса 1000 семян 295,5Ц298,2 г. Наибольшая масса 1000 у семян клещевины Афродита - 297,6 г. Наименьшая - у семян клещевины Донская 7 и составляет 295,5 г.

Объемная масса 740Ц797 кг/м3. Наибольшая объемная масса у семян сорта Донская 7, равная 797 кг/м3, наименьшая - у семян клещевины Донская крупнокистная, которая составляет 740 кг/м3.

Плотность семян клещевины равна 1150Ц1170 кг/м3.

Абсолютная масса 103,7Ц141,2 г. Наибольшая абсолютная масса у семян сорта Донская 7, равная 141,2 г. Наименьшая - у семян клещевины Донская крупнокистная, которая составила 103,7 г.

Коэффициенты трения движения семян трех сортов клещевины о различные поверхности представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Коэффициенты трения (движения) семян клещевины Коэффициент трения (движения) семян Сорт клещевины Сталь Ст3 Сталь Ст3 Алюминий неокрашенная окрашенная литье Донская 7 0,31Ц0,36 0,29Ц0,32 0,26Ц0,Донская крупнокистная 0,32Ц0,38 0,31Ц0,41 0,30Ц0,Афродита 0,30Ц0,39 0,28Ц0,35 0,31Ц0,Коэффициенты трения движения: сталь неокрашенная 0,30Ц0,39; сталь окрашенная 0,28Ц0,41; алюминий литье 0,26Ц0,39. Коэффициенты трения (движения) семян клещевины у исследуемых сортов по одинаковым материалам изменяются незначительно. Максимальный коэффициент у всех сортов получен при трении семян о сталь Ст3 неокрашенную, наибольший - у сорта Донская крупнокистная, равный 0,32Ц0,38. Минимальный коэффициент для всех сортов получен при трении об алюминиевую поверхность, наименьший - у сорта Донская 7, равный 0,26Ц0,29.

Угол естественного откоса - 28,5Ц34,5, коэффициент внутреннего трения - 0,54Ц0,69. Угол естественного откоса и коэффициент внутреннего трения по исследуемым сортам изменяются незначительно. Максимальный угол естественного откоса и коэффициент внутреннего трения у семян сорта Афродита, соответственно равные 31,0Ц34,5о и 0,60Ц0,69. Минимальный угол естественного откоса и коэффициент внутреннего трения у семян сорта Донская крупнокистная, соответственно 28,5Ц31,0о и 0,54Ц0,60.

Размеры семян. Распределение размеров семян клещевины Донская 7, Донская крупнокистная, Афродита подчиняется нормальному закону.

Средняя длинна семян у всех исследуемых сортов колеблется в пределах - от 9,81 до 15,6 мм. Средний размер семян клещевины по ширине колеблется в пределах от 6,9 до 10,1 мм. Колебание среднего размера семян по толщине от 4,до 8,5 мм. Максимальные размеры семян по длине имеет сорт клещевины Донская крупнокистная - 15,8 мм, минимальные размеры по длине имеет сорт клещевины Афродита - 9,78 мм, максимальные размеры семян по ширине имеет сорт клещевины Донская 7 - 10,1 мм, минимальные размеры по ширине имеет сорт клещевины Афродита - 4,4 мм, максимальные размеры семян по толщине имеет сорт клещевины Донская крупнокистная - 8,6 мм, минимальные размеры семян по толщине имеет сорт клещевины Афродита - 4,4 мм. Варьирование размеров семян по длине наибольшее у семян клещевины Донская крупнокистная (коэффициент вариации данного сорта VX=7,0), варьирование размеров семян по ширине наибольшее у семян клещевины Афродита (коэффициент вариации по ширине VY=5,4%), варьирование размеров семян по толщине наибольшее у семян клещевины Донская 7 (коэффициент вариации, по толщине VZ=7,2).

Корреляционная зависимость между размерами всех исследуемых сортов семян клещевины существует и выражена значительно (Rxy=0,65-0,67, Rxz=0,54-0,63, Ryz=0,40-0,52).

Результаты экспериментальных исследований пневматического высевающего аппарата избыточного давления в лабораторных условиях. Исследование проведено с использованием универсального компьютеризированного комплекса для исследований и испытаний высевающих аппаратов сеялок точного высева. Информационно-измерительная аппаратура комплекса позволяет регистрировать индивидуальную подачу семян каждым дозирующим элементом высевающего диска аппарата избыточного давления.

Полный факторный эксперимент ПФЭ 23. Факторы и уровни показаны в таблице 2.

Опыты проведены в последовательности, имеющей случайный характер.

Повторность опытов трехкратная, по 300 подач в каждой повторности.

В каждом опыте регистрировалось 900 подач. Точность опытов, т.е. относительная ошибка средней подачи семян, от 1 до 3%.

Таблица 2 - Обозначение и уровни факторов Факторы Диаметр отверстий Частота враще- Избыточное Уровни дозирующих ния высевающе- давление элементов го диска в камере Натуральное обозначение d, мм n, с-1 p, кПа Верхний 8,0 1,1 4,Основной (нулевой) 6,0 0,6 3,Нижний 4,0 0,1 2,Кодированное обозначение x1 x2 xВерхний +1 +1 +Основной (нулевой) 0 0 Нижний -1 -1 -Результаты опытов приведены в таблице 3.

Параметр оптимизации а1 - частость односемянной подачи семян дозирующими элементами высевающего диска.

Таблица 3 - Подача семян клещевины дозирующими элементами Факторы Частости подачи семян Числовые дозирующими элементами характеристики X1 X2 Xd, n, p, M, , V, a0 a1 aмм с-1 кПа шт. шт. % 1 8,0 1,1 4,0 0,004 0,994 0,002 0,998 0,10 9,2 8,0 1,1 2,0 0,044 0,955 0,001 0,957 0,23 24,3 8,0 0,1 4,0 0,003 0,992 0,005 1,002 0,09 9,4 8,0 0,1 2,0 0,008 0,992 0,000 0,992 0,09 9,5 4,0 1,1 4,0 0,116 0,884 0,001 0,886 0,34 38,6 4,0 1,1 2,0 0,406 0,592 0,002 0,596 0,49 83,7 4,0 0,1 4,0 0,001 0,994 0,005 1,004 0,06 6,8 4,0 0,1 2,0 0,025 0,974 0,001 0,976 0,16 16,С использованием матрицы планирования полного трехфакторного эксперимента и его результатов построена регрессивная математическая модель в кодированном виде:

6) Используя регресивную математическую модель, геометрической интерпретацией которой является поверхность отклика, были составлены в кодированном и в натуральном виде уравнения сечений поверхности отклика.

Уравнения сечений поверхности отклика в кодированном виде:

(7) (8) (при ).

(при ).

(9) № опыта Каждому из сечений поверхности отклика (рисунки 6, 7, 8) соответствует кривая (изолиния) со своей частостью односемянной подачи семян дозирующими элементами высевающего диска.

Рисунок 6 - Изолинии частости односемянной подачи семян клещевины дозирующими элементами при постоянном диаметре отверстий для выхода воздуха из дозирующих элементов высевающего диска аппарата d=6,0 мм (Х1=0) Рисунок 7 - Изолинии частости односемянной подачи клещевины дозирующими элементами при постоянной частоте вращения высевающего диска аппарата n=0,6 с-1 (Х2=0) Рисунок 8 - Изолинии частости односемянной подачи клещевины дозирующими элементами высевающего диска при постоянном давлении в камере аппарата p=3,0кПа (Х3=0) Анализ уравнений и кривых (изолиний) равного отклика позволяет констатировать:

- при увеличении частоты вращения высевающего диска от 0,1 с-1 до 1,1 с-частость односемянной подачи семян дозирующими элементами уменьшается;

- при увеличении избыточного давления в семенной камере высевающего аппарата от 2,0 кПа до 4,0 кПа частость односемянной подачи семян дозирующими элементами увеличивается;

- при увеличении диаметра отверстий для выхода воздуха из дозирующих элементов высевающего диска от 4,0 мм до 8,0 мм увеличивается частость односемянной подачи семян;

- из трех факторов (d, n, p) в исследуемых пределах наибольшее влияние на частость односемянной подачи клещевины оказывает частота вращения высевающего диска, наименьшее - избыточное давление в аппарате;

- при одновременном увеличении диаметра отверстий для выхода воздуха из дозирующих элементов высевающего диска и избыточного давления в аппарате, пропорционально их интервалам варьирования, частость односемянной подачи семян дозирующими элементами увеличивается;

- при одновременном увеличении частоты вращения высевающего диска и диаметра отверстий для выхода воздуха из дозирующих элементов, пропорционально их интервалам варьирования примерно до нулевого уровня (n=0,6 c-1;

d=6,0 мм), частость односемянной подачи семян уменьшается. Дальнейшее аналогичное увеличение обоих факторов повышает частость односемянной подачи семян дозирующими элементами;

- при одновременном увеличении частоты вращения высевающего диска и избыточного давления в аппарате, пропорционально их интервалам варьирования примерно до нулевого уровня (n=0,6 c-1; p=4,0 кПа), частость односемянной подачи семян дозирующими элементами уменьшается. Дальнейшее аналогичное увеличение обоих факторов повышает частость односемянной подачи семян дозирующими элементами.

Наибольший интерес для практического применения представляет область двухмерных сечений, находящаяся за изолинией а1=0,95, так как а10,95 нежелательна. Используя полученные данные, можно выбрать необходимые параметры работы высевающего аппарата избыточного давления для получения необходимой частости односемянной подачи семян дозирующими элементами высевающего диска.

Изучение влияния сорта клещевины (таблица 4) на характеристики подачи семян дозирующими элементами (d=6,0 мм, n=0,6 с-1, р=3,0 кПа, число дозирующих элементов в высевающем диске k=30 шт.) Таблица 4 - Влияние сорта клещевины на характеристики подачи семян дозирующими элементами высевающего диска Частость подачи семян М, , V, Сорт клещевины дозирующими элементами шт. шт. % а0 а1 аДонская 7 0,003 0,996 0,001 0,998 0,063 6,Донская крупнокистная 0,004 0,995 0,001 0,997 0,071 7,Афродита 0,003 0,995 0,002 0,999 0,071 7,Из данных таблицы 4 видно, что физико-механические свойства сортов клещевины на показатели подачи семян влияют незначительно и все они рациональные, частость односемянных подач 0,995Ц0,996, средняя подача семян дозирующими элементами 0,997Ц0,999 шт.

Изучение влияния количества дозирующих элементов в высевающем диске на характеристики подачи семян дозирующими элементами (d=6,0 мм, n=0,6 с-1, р=3,0 кПа) (таблица 5).

Таблица 5 - Влияние количества дозирующих элементов на характеристики подачи семян дозирующими элементами Количество Частость подачи семян М, , V, дозирующих дозирующими элементами шт. шт. % элементов k, шт. а0 а1 а30 0,004 0,995 0,001 0,997 0,071 7,15 0,003 0,995 0,002 0,999 0,071 7,10 0,003 0,996 0,001 0,998 0,063 6,Из данных таблицы 5 видно, что увеличение количества дозирующих элементов с 10 до 30 штук не влияет на характеристики подачи семян дозирующими элементами, частость односемянных подач варьируется в пределах 0,995Ц0,996, а средняя подача семян дозирующими элементами - 0,997Ц0,999 шт.

Таблица 6 - Влияние наполнения бункера высевающего аппарата на характеристики подачи семян дозирующими элементами Частость подачи семян Уровень семян М, , V, дозирующими элементами в бункере шт. шт. % а0 а1 а3/4 0,004 0,995 0,001 0,997 0,071 7,1/2 0,006 0,992 0,002 0,996 0,089 9,1/4 0,005 0,994 0,001 0,997 0,077 7,Таблица 7 - Влияние наклона высевающего аппарата на характеристики подачи семян дозирующими элементами высевающего диска Частость подачи семян Угол М, , V, дозирующими элементами Наклон наклона, шт. шт. % град.

а0 а1 а5 0,004 0,995 0,001 0,997 0,071 7,Вперед 10 0,004 0,995 0,001 0,997 0,071 7,15 0,003 0,996 0,001 0,998 0,063 6,5 0,004 0,995 0,001 0,997 0,071 7,Назад 10 0,002 0,997 0,001 0,999 0,055 5,15 0,002 0,997 0,001 0,999 0,055 5,5 0,002 0,997 0,001 0,999 0,055 5,Влево 10 0,003 0,996 0,001 0,998 0,063 6,15 0,003 0,996 0,001 0,997 0,063 6,5 0,003 0,993 0,004 1,001 0,084 8,Вправо 10 0,002 0,997 0,001 0,999 0,055 5,15 0,003 0,996 0,001 0,999 0,063 6,Изучение влияния наполнения бункера высевающего аппарата на характеристики подачи семян дозирующими элементами (d=6,0 мм, n=0,6 с-1, р=3,0 кПа) (таблица 6).

Из данных таблицы 6 видно, что наполнение бункера не влияет на подачу семян дозирующими элементами высевающего диска, при этом частость односемянных подач составляет 0,992Ц0,995, средняя подача семян дозирующими элементами - 0,996Ц0,997 шт.

Изучение влияния наклона высевающего аппарата на характеристики подачи семян дозирующими элементами (d=6,0 мм, n=0,6 с-1, р=3,0 кПа) (таблица 7).

Из данных таблицы 7 видно, что наклоны высевающего аппарата практически не влияют на характеристики подачи семян дозирующими элементами, они остаются рациональными и их колебания от углов наклона высевающего аппарата незначительны.

Результаты сравнительной оценки характеристик подачи семян дозирующими элементами экспериментального высевающего аппарата ДС-1 и аппарата сеялки СПБ-8К представлены в таблице 8.

Аппараты испытывались при одинаковой рабочей скорости.

Таблица 8 - Характеристики подачи семян клещевины высевающими аппаратами k, n, q, p, Частость подачи М, , V, Аппарат шт. мин-1 шт./с кПа шт. шт. % а0 а1 аСПБ-8К 20 45 15 4 0,051 0,938 0,011 0,96 0,243 25,СПБ-8К 20 60 20 4 0,094 0,904 0,001 0,91 0,29 32,ДС-1 30 24 12 2 0,002 0,996 0,002 1,0 0,065 6,ДС-1 30 36 18 2 0,013 0,987 0,000 0,98 1,1 11,ДС-1 30 36 18 3 0,004 0,994 0,001 0,99 0,07 7,Из данных таблицы 8 видно, что пневматический вакуумный высевающий аппарат СПБ-8К не обеспечивает достаточного качества подачи семян дозирующими элементами. При увеличении секундной подачи дозирующих элементов аппаратом с 16 до 20 шт./с, средняя подача семян дозирующими элементами аппарата уменьшается с 0,96 до 0,91 шт., а частость односемянных подач - с 0,932 до 0,904.

Экспериментальный высевающий аппарат избыточного давления ДС-1 в сравнении с аппаратом сеялки СПБ-8К обеспечивает значительно лучшее качество подачи семян дозирующими элементами. При увеличении секундной подачи дозирующих элементов аппаратом с 12 до 18 шт./с все показатели подачи семян дозирующими элементами остаются рациональными и отличаются незначительно, частость односемянных подач изменяется в пределах 0,987Ц0,996, а средняя подача семян дозирующими элементами - 0,98Ц1,00 шт. При наиболее высокой частоте вращения 36 мин-1, что соответствует секундной подаче 18 шт./с, и давлении 3 кПа, частость односемянных подач составляет 0,994, средняя подача семян дозирующими элементами 0,99 шт., а коэффициент вариации 7,38%.

Проведено полевое исследование на полях УОФХ ФГБОУ ВПО АЧГАА (рисунок 9).

Сравнительные полевые исследования работы предлагаемого высеваемого аппарата избыточного давления и аппарата сеялки СПБ-8К проводились с целью подтверждения положительного эффекта от использования предлагаемого аппарата.

Рисунок 9 - Общий вид макетного образца посевного агрегата для проведения полевых исследований По результатам исследований, показатели распределения растений подтвердили преимущество предлагаемого аппарата. При посеве семян клещевины с нормой высева 4 шт./м и рабочей скоростью 15 км/ч коэффициент вариации интервалов между растениями при высеве аппаратом ДС-1 составил - 28,7%, для СПБ при той же норме высева и скорости 8 км/ч коэффициент составил 45,9%. Более высокие показатели распределения семян и растений высевающим аппаратом избыточного давления обеспечили прибавку урожайности клещевины на 5%.

В пятой главе Технико-экономическое обоснование эффективности внедрения высевающего аппарата избыточного давления приводится техникоэкономический расчет, подтверждающий, что использование экспериментального высевающего аппарата для посева семян клещевины экономически целесообразно.

Годовая экономия составила 87720 руб. при нормативной загрузке сеялки 65 ч.

Срок окупаемости - 2,6 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. Предложены и подтверждены экспериментально математические модели для определения давления воздуха для заполнения дозирующих элементов в слое семян (1), давления воздуха для удержания семени в дозирующем элементе при транспортировании (2). Исходя из условия, что семена должны надежно фиксироваться в дозирующем элементе при захвате, а также свободно выходить в трубку заборного устройства из дозирующего элемента обоснованы параметры дозирующего элемента высевающего диска(3, 4, 5) 2. Физико-механические свойства семян клещевины, районированных на юге России, характеризуются следующими показателями: масса 1000 семян находится в пределах 295,5Ц298,2 г, объемная масса (натура) изменяется в пределах 740Ц797 кг/м3, размеры семян (MX=12,1Ц12,3 мм, MY=8,0Ц8,4 мм, MZ=6,0Ц6,1 мм), что подтверждает правомерность допущения их сферической формы.

3. Получена регрессионная модель (6), адекватно описывающая односемянную подачу семян клещевины пневматическим аппаратом избыточного давления.

В исследуемых пределах (n=0,1Ц1,1 с-1; d=4,0Ц8,0 мм; p=2,0Ц4,0 кПа) из трех основных факторов наибольшее влияние на параметр оптимизации - частость односемянных подач - оказывает частота вращения высевающего диска, наименьшее - давление в корпусе аппарата. Рациональное значение угла между касательной линией к кривой образующей дозирующего элемента, проходящей через точку контакта семени и горизонталью, для фиксации семени в дозирующем элементе находится в интервале 20Ц50, диаметр отверстий для прохода воздуха - 6 мм, глубина - 3,0 мм, диаметр отверстий для захода семян и воздуха - 15 мм. Давление воздуха для заполнения дозирующих элементов высевающего диска в слое семян должно быть более 1243 Па, а при транспортировании семян - более 236 Па.

4. Экспериментальный высевающий аппарат избыточного давления при секундной подаче дозирующих элементов аппаратом 18 шт./с и давлении 2 кПа обеспечил высокие показатели качества высева. Средняя подача семян дозирующими элементами 0,99 шт., частость односемянных подач 0,987, частость пропусков - 0,013, частость двусемянных подач - 0, коэффициент вариации - 11,56%.

Пневматический вакуумный высевающий аппарат сеялки СПБ-8К при секундной подаче 15 шт./с и разрежении 4 кПа обеспечил показатели качества значительно ниже. Средняя подача семян дозирующими элементами - 0,96 шт., частость односемянных подач - 0,938, частость пропусков - 0,051, частость двусемянных подач - 0,011, коэффициент вариации - 25,4%. Экспериментальный высевающий аппарат избыточного давления обеспечивает высокое качество дозирования семян клещевины при давлении 3 кПа и частоте вращения высевающего диска, соответствующей скорости движения сеялки 16,2 км/ч (4,5 м/с) и норме высева 4 шт./м.

Средняя подача семян дозирующими элементами при этом составила 0,99 шт., частость односемянных подач - 0,994, частость пропусков - 0,004, частость двусемянных подач - 0,001, коэффициент вариации - 7,38%.

5. При посеве семян клещевины с нормой высева 4,0 шт./м, коэффициент вариации интервалов между растениями для экспериментального аппарата составил 28,1%, а для аппарата сеялки СПБ-8К - 45,9%, при этом урожайности повысилась на 0,6 ц/га. Ожидаемая годовая экономия при использовании 8-рядной сеялки с экспериментальными высевающими аппаратами избыточного давления составляет 85720 рублей в ценах 2012 года. Срок окупаемости капитальных вложений 2,6 года.

Список работ, опубликованных по теме диссертации Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Авраменко, Ф.В. Оценка качества посева / П.Я. Лобачевский, Ф.В. Авраменко // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2010. - № 7. - 19Ц20 с.

Патенты:

2. С1 2263434 RU А01 С7/04. Пневматический высевающий аппарат / Авраменко Ф.В., Лобачевский П.Я., Несмиян А.Ю., Хижняк В.И., Бондаренко П.А., Реуцкий А.С. - Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия - 2004106875/12 09.03.2004 - 10.11.2005. Бюл № 31.

3. С1 2202872 RU А01 С7/04 Пневматический высевающий аппарат / Авраменко Ф.В., Лобачевский П.Я., Бондаренко П.А., Хижняк В.И., Несмиян А.Ю.

- Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия. - 2001110258/13 16.04.2001 - 27.4.2003. Бюл № 12.

4. С1 2333629 RU А01 С7/04. Пневматический высевающий аппарат / Авраменко Ф.В., Лобачевский П.Я., Хижняк В.И., Несмиян А.Ю. - АзовоЧерноморская государственная агроинженерная академия. - 2006142615/01.12.2006 - 20.09.2008. Бюл № 26.

5. С1 2202873 RU А01 С7/04 Пневматический высевающий аппарат / Авраменко Ф.В., Лобачевский П.Я., Несмиян А.Ю., Хижняк В.И., Угорчук А.В.

- Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия. - 2001110739/13 18.04.2001 - 27.04.2003. Бюл. № 12.

6. С1 2356210 RU А01 С7/04. Стенд для испытания высевающих аппаратов сеялок точного высева / Авраменко Ф.В., Лобачевский П.Я., Хижняк В.И., Несмиян А.Ю. - Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия. - 2007143012/12 20.11.2007 - 27.05.2009. Бюл № 15.

Публикации в сборниках научных трудов:

7. Авраменко, Ф.В. Изыскание высевающих аппаратов избыточного давления / Ф.В. Авраменко, П.Я. Лобачевский, А.Ю. Несмиян, В.И. Хижняк // Совершенствование технологий в АПК: межвузовский сборник научных трудов.

ФГОУ ВПО АЧГАА. - Зерноград, 2008. - 53Ц63 с.

8. Авраменко, Ф.В. Форма дозирующих элементов высевающего диска сеялки точного высева / Ф.В. Авраменко, П.Я. Лобачевский, А.Ю. Несмиян, В.И Хижняк, С.А. Ашитко // Совершенствование технологий в АПК: межвузовский сборник научных трудов. ФГОУ ВПО АЧГАА. - Зерноград, 2008. - 91Ц33 с.

9. Авраменко, Ф.В. Экспериментальное исследование пневматического высевающего аппарата / Ф.В. Авраменко, В.И. Хижняк // Совершенствование технологий в АПК: межвузовский сборник научных трудов. ФГОУ ВПО АЧГАА.

- Зерноград, 2010. - 57Ц70 с.

10. Авраменко, Ф.В. Взаимное влияние формы дозирующего элемента и типа сбрасывателя на качество дозирования пневматического высевающего аппарата точного высева / Ф.В. Авраменко, П.Я. Лобачевский, А.Ю. Несмиян, В.И Хижняк // Вестник аграрной науки Дона. - Зерноград, 2010 - № 1.

Р 65-13 от 15.02.99. Подписано в печать 23.11.2012.

Формат 6084/16. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 436.

й РИО ФГБОУ ВПО АЧГАА 347740, Зерноград, Ростовской области, ул. Советская, Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям