Анализ травмируемости семян в смесителе-инкрустаторе барабанного типа с наклонной осью вращения
Автор: Суханова Майя Викторовна, Забродин Виктор Петрович, Грачва Наталья Николаевна, Бондарев Андрей Владимирович, Казакова Алия Сабировна
Журнал: Вестник аграрной науки Дона @don-agrarian-science
Рубрика: Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование
Статья в выпуске: 3 (51), 2020 года.
Бесплатный доступ
Предпосевная обработка семян направлена на защиту семян и будущих всходов от болезней и вредителей. Поэтому к качеству покрытия семян веществами-протравителями предъявляют высокие требования. Кроме этого, с целью получения запланированного урожая, потери семян вследствие их травмирования или повреждения рабочими органами машин должны быть сведены к минимуму или полностью отсутствовать. В связи с ужесточением требований к соблюдению экологических норм при производстве сельскохозяйственной продукции вводятся ограничения на использование химических средств защиты растений. Одним из путей скорейшего перехода к органическому сельскохозяйственному производству является использование бобовых в качестве азотфиксирующих растений, которые благодаря клубеньковым бактериям восполняют нехватку азота в почве и повышают ее плодородие естественным путем. Наиболее популярной бобовой культурой, выращиваемой в Ростовской области, является горох. Под посевы гороха и других бобовых культур в Ростовской области отведено свыше 135 тыс. га. Одной из основных причин недостаточного использования потенциальных возможностей продуктивности зернобобовых культур является травмирование семян рабочими органами машин при выполнении агротехнологических операций подготовки семян к посеву. Целью экспериментального исследования являлась проверка научной гипотезы о том, что использование полиуретановых эластомеров в качестве материалов для изготовления рабочих органов машин для предпосевной обработки семян позволяет снизить ударное воздействие рабочих органов на семена и интенсифицировать процесс предпосевной обработки. В статье выполнен анализ экспериментальных исследований травмирования семян в барабанном смесителе-инкрустаторе с рабочей емкостью, выполненной из материалов различной жесткости: эластомера, стали с полимерным покрытием и без полимерного покрытия. При проведении исследований использовался план трехфакторного эксперимента Бокса-Бенкина на трех уровнях. Анализ полученных результатов показал, что менее травмоопасной является емкость из эластомера, а стальная емкость является наиболее травмоопасной для семян гороха (8% поврежденных семян из всего объема обработанных семян). Следовательно, для обеспечения минимального повреждения семян (менее 1%) при однородности покрытия препаратами-протравителями свыше 98% необходимо использовать эластомер в качестве материала для изготовления рабочих ёмкостей для обработки семян перед посевом.
Предпосевная обработка, протравливание, протравливатель, инокуляция, инкрустация, травмирование и разрушение семян, всхожесть, экологическое сельское хозяйство, биологизация, однородная смесь, смеситель-инкрустатор
Короткий адрес: https://sciup.org/140251200
IDR: 140251200 | УДК: 631.171
Analysis of seed injury in a drum-type seed treater with inclined rotation axis
Presowing seed treatment is aimed at protecting seeds and future seedlings from diseases and pests. Therefore, high requirements are placed on the quality of coating seeds with pickling substances. In addition, in order to obtain the planned yield, seed losses due to injury or damage by the working bodies of machines should be minimized or completely absent. In connection with the tightening of requirements for compliance with environmental standards in the production of agricultural products, restrictions are imposed on the use of chemical plant protection products. One of the ways of an early transition to organic agricultural production is the use of legumes as nitrogen-fixing plants, which, thanks to nodule bacteria, compensate for the lack of nitrogen in the soil and increase its fertility in a natural way. Peas are the most popular legume crop grown in the Rostov region. More than 135 thousand ha have been allocated for sowing peas and other legumes crops in the Rostov region. One of the main reasons for the insufficient use of the potential productivity of leguminous crops is the injury of seeds by the working bodies of machines when performing agro-technological operations of preparing seeds for sowing. The purpose of the experimental study was to test the scientific hypothesis that the use of polyurethane elastomers as materials for the manufacture of working elements of seed processing machines allows reducing the impact of working elements on seeds and intensifying the pre-treatment process. The article analyzes experimental studies of injury to seeds in a drum seed treater, with a working container made of materials of varying rigidity: elastomer, steel with a polymer coating and without a polymer coating. During the research, the plan of the three-factor Box-Benkin experiment was used at three levels. The analysis of the obtained results showed that the container made of elastomer is less traumatic, and the steel container is the most traumatic for pea seeds (8% of damaged seeds from the total volume of treated seeds). Therefore, in order to ensure minimal damage to seeds (less than 1%) with a uniformity of coating with dressing preparations over 98%, it is necessary to use an elastomer as a material for the manufacture of working containers for treating seeds before sowing.
Текст краткого сообщения Анализ травмируемости семян в смесителе-инкрустаторе барабанного типа с наклонной осью вращения
Введение. Предпосевная обработка семян направлена на защиту семян и будущих всходов от болезней и вредителей. Поэтому к качеству покрытия семян веществами-протравителями предъявляют высокие требования [1, 2]. Кроме того, для получения запланированного урожая потери семян вследствие их травмирования или повреждения рабочими органами машин должны быть сведены к минимуму или полностью отсутствовать [3, 4].
В связи с ужесточением требований к соблюдению экологических норм при производстве сельскохозяйственной продукции вводятся ограничения на использование химических средств защиты растений. Одним из путей скорейшего перехода к органическому сельскохозяйственному производству является использование бобовых в качестве азотфиксирующих растений, которые благодаря клубеньковым бактериям восполняют нехватку азота в почве и повышают ее плодородие естественным путем [5, 6]. Наиболее популярной бобовой культурой, выращиваемой в Ростовской области, является горох [5, 6]. По данным Экспертно-аналитического Центра Агробизнеса под посевы гороха и других бобовых культур в Ростовской области отведено свыше 135 тыс. га. Ростовская область стоит на втором месте в десятке регионов по размеру площадей, отведенных под горох [7].
Одной из основных причин недостаточного использования потенциальных возможностей продуктивности зернобобовых культур является травмирование семян рабочими органами машин при выполнении агротехнологических операций подготовки семян к посеву, посева и уборки урожая [3, 4, 8, 9].
Рисунок 1 – EcoMix-0,5 смеситель-инкрустатор периодического действия для химической и биологической предпосевной обработки семян
Одним из путей снижения травмирования семян рабочими органами машин при сохранении качества покрытия семян препаратами-протравителями является использование высокоэластичных рабочих органов [10, 11, 12].
В работе представлены результаты экспериментальных исследований по проекту, поддержанному Грантом РФФИ № 19-01-00250, выполненных в Азово-Черноморском инженер- ном институте. Для обеспечения 100%-ного покрытия семян препаратом, исключения разрушения и снижения травмирования семенного материала рабочими органами был разработан смеситель-инкрустатор циклического действия с высокоэластичными рабочими органами [12].
Методика исследования. Целью экспериментального исследования являлась проверка научной гипотезы о том, что использование полиуретановых эластомеров в качестве материалов для изготовления рабочих органов машин для предпосевной обработки семян позволяет снизить ударное воздействие рабочих органов на семена и интенсифицировать процесс предпосевной обработки [13, 14].
На рисунке 1 представлено фото смесителя-инкрустатора периодического действия для предпосевной обработки семян. Рабочим органом смесителя является ёмкость в виде барабана. Было изготовлено три ёмкости из различных материалов. Одна емкость была изготовлена из полиуретанового эластомера, другая – из конструкционной стали, третья выполнена из стали и покрыта изнутри слоем полимера.
Проведение испытаний проводили по методике, предусматривающей выполнение следующих действий.
-
1. Загружали семена и заливали жидкость для биологической обработки в смесительный барабан (1) через загрузочный люк (2). Скорость смесителя-инкрустатора выбирали в диапазоне 20–50 об/мин, исходя из предварительных расчетов производительности смесителя-инкрустатора.
-
2. Включали машину в работу. Длительность обработки варьировалась в пределах 20– 90 секунд. Коэффициент заполнения рабочей
-
3. После завершения обработки производили отбор средних проб семенного материала согласно ГОСТ 12036-85.
-
4. Для определения травмирования семян выделяли навески методом крестообразных проб.
-
5. Каждую навеску разбирали и определяли травмируемость семян, количество расколотых семян, всхожесть и энергию прорастания в соответствии с ГОСТ 12038-84.
-
6. Однородность семян определяли путем подсчета непрокрашенных семян. При испытании использовали для семян красный краситель.
емкости принимался для всех испытаний одинаковым – 0,7.
Для проведения исследований пользовались планом трехфакторного эксперимента Бок-са-Бенкина на трех уровнях (таблица 1). Обработка результатов экспериментальных данных проводилась в модуле Experimental Designe программы Statistica.
Результаты исследований и их обсуждение. В таблице 2 представлены факторы экспериментальных исследований и уровни их варьирования.
Таблица 1 – План экспериментов по некомпозиционому плану второго порядка (Бокса-Бенкина)
|
Номер опыта |
X 1 |
X 2 |
X 3 |
Y 1 |
Y 2 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
1 |
-1 |
-1 |
0 |
0,04 |
98,8 |
|
2 |
1 |
-1 |
0 |
0,06 |
99,6 |
|
3 |
-1 |
1 |
0 |
6,70 |
95,0 |
|
4 |
1 |
1 |
0 |
8,20 |
95,0 |
|
5 |
-1 |
0 |
-1 |
3,00 |
92,0 |
|
6 |
1 |
0 |
-1 |
4,50 |
92,0 |
|
7 |
-1 |
0 |
1 |
5,00 |
97,0 |
|
8 |
1 |
0 |
1 |
5,50 |
98,4 |
|
9 |
0 |
-1 |
-1 |
0,02 |
99,3 |
|
10 |
0 |
1 |
-1 |
5,50 |
92,0 |
|
11 |
0 |
-1 |
1 |
0,04 |
99,8 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
12 |
0 |
1 |
1 |
5,80 |
97,0 |
|
13 |
0 |
0 |
0 |
2,83 |
94,6 |
|
14 |
0 |
0 |
0 |
3,00 |
95,0 |
|
15 |
0 |
0 |
0 |
3,00 |
94,8 |
Таблица 2 – Факторы и уровни их варьирования
|
Фактор |
Кодированное обозначение |
Диапазон варьирования |
Интервал варьирования |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Частота вращения вала, мин-1 |
X 1 |
20–50 |
15 |
|
Материал поверхности |
X 2 |
Эластомер (-1) эл.+сталь (0)-сталь (1) |
-1; 0; 1 |
|
Длительность смешивания, с |
X 3 |
30–90 |
30 |
|
Травмируемость, % |
Y 1 |
0–100% |
|
|
Однородность смешивания, % |
Y 2 |
0–100% |
На рисунке 2 представлены поверхности отклика травмируемости семян в смесителе-инкрустаторе с рабочими емкостями, изготовленными из материалов с различной жесткостью.
Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод о том, что наименьшей травмируемостью (менее 0,06%) обладает поверхность из эластомера, а стальная поверхность является наиболее травмоопасной для семян гороха (8% поврежденных из всего объема обработанных семян).
На рисунке 3 представлены поверхности отклика однородности покрытия семян красителем в смесителе-инкрустаторе с рабо- чими емкостями, изготовленными из материалов с различной жесткостью.
Анализируя результаты опыта, можно сделать следующие выводы:
– однородность покрытия семян красителем в барабанном смесителе-инкрустаторе с рабочей емкостью из эластомера составляет 94,8% уже через 40 секунд смешивания и при частоте вращения n = 25 об/мин и достигает 100% при частоте вращения от 15 до 55 об/мин в течение 80 секунд смешивания. Доля поврежденных семян при таком режиме работы не превышает 0,04% всего объема обработанного семенного материала;
а
■ -5,45 ■ -4,765 EH -4,081 СП -3,396 □ -2,711 □ -2,026 □ -1,341
EH -0,656
-
■ 0.029
-
■ 0.714 ^B above
б
а – рабочая поверхность выполнена из эластомера;
б – рабочая поверхность выполнена из стали с полимерным покрытием;
в – рабочая поверхность выполнена из стали
Рисунок 2 – Поверхности отклика травмируемости семян в барабанном смесителе-инкрустаторе
а
■ 94,745 ■ 05,559 ■ 96,372 □ 97,186 □ 97,999 □ 98,813 □ 99,626 ■ 100,44 ■ 101,253 ■ 102,067 ^И above
б
в
87.875
89.076
90.277
91.479
92.68
93.882
95,083
96.284
97.486
98,687 above
а – рабочая поверхность выполнена из эластомера;
б – рабочая поверхность выполнена из стали с полимерным покрытием;
в – рабочая поверхность выполнена из стали
Рисунок 3 – Поверхности отклика однородности покрытия семян красителем в барабанном смесителе-инкрустаторе
– однородность покрытия семян красителем в барабанном смесителе-инкрустаторе с рабочей емкостью из стали с полимерным покрытием составляет 92% через 40 секунд смешивания и частоте вращения n = 25 об/мин и в течение 80 секунд достигает 97% и выше при частоте вращения от 40 до 55 об/мин. Доля поврежденнных семян от общего объема обработанных семян при указанном режиме работы составляет от 2% и более;
– однородность покрытия семян красителем в барабанном смесителе-инкрустаторе с рабочей емкостью из стали через 40 секунд смешивания и частоте вращения n = 25 об/мин составляет 91% и достигает 98% и выше в течение 80 секунд при частоте вращения от 50 об/мин. Но при этом режиме опасность травмирования семян возрастает от 8% и выше.
Выводы и заключение. Окончательно можно сделать вывод о том, что для обеспечения минимального повреждения семян (менее 1%) при однородности покрытия препаратами-протравителями свыше 98% необходимо ис- пользовать эластомер в качестве материала для изготовления рабочих ёмкостей для обработки семян перед посевом.
Acknowledgements: This study was conducted with the financial support of the RFBR grant, projects No 19-0100250.
Список литературы Анализ травмируемости семян в смесителе-инкрустаторе барабанного типа с наклонной осью вращения
- Коць, С. Инокуляция и инкрустация семян сои: обзор технологии применения и рынка препаратов / С. Коць, П. Маменко // Пропозиция. Современные агротехнологии по применению биопрепаратов и регуяторов роста. - Полтава, 2015. - С. 24-28.
- Эффективность применения биопрепаратов на сортах озимой пшеницы в условиях Ростовской области / Д.А. Репка, Л.П. Бельтюков, Е.К. Кувшинова, Е.А. Потапов // Зерновое хозяйство России. - 2020. - № 1 (67). - С. 72-76.
- Тарасенко, А.П. Снижение травмирования семян при уборке и послеуборочной обработке / А.П. Тарасенко. - Воронеж: ВГАУ, 2003. - 331 с.
- Zareiforoush, H. Effects of crop-machine variables on paddy grain damage during handling with an inclined screw auger / H. Zareiforoush, M.H. Komarizadeh, M.R. Ali-zadeh // Biosystems engineering. - United Kingdom, Department of Mechanical Engineering of Agricultural Machinery, Faculty of Agriculture, University of Urmia, 2010. - Vol. 106. - № 3. - P. 234-242.
- Влияние технологий возделывания на продуктивность сельскохозяйственных культур в полевом севообороте / Л.П. Бельтюков [и др.] // Вестник АПК Ставрополья. - 2016. - № 1 (21). - С. 172-176.
- Сыроватка, В.И. Ступенчатое нанесение защитно-стимулирующего препарата на семена зерновых и зернобобовых культур при предпосевной обработке / В.И. Сыроватка, М.В. Запевалов, Н.С. Сергеев // Вестник ВНИИМЖ. - 2017. - № 4 (28). - С. 75-81.
- Экспертно-аналитический центр агробизнеса. Посевные площади, валовые сборы и урожайность гороха в России. Итоги 2018 года. URL: https://ab-centre.ru/news/posevnye-ploschadi-valovye-sbory-i-urozhaynost-goroha-v-rossii-itogi-2018-goda.
- Шатохин, И.В. Оценка дробления зерна различных культур нориями / И.В. Шатохин, А.Г. Парфенов // Лесотехнический журнал. - 2015. - № 1. - С. 244-249.
- Фейденгольд, В.Б. Причины травмирования зерна и меры по их устранению / В.Б. Фейденгольд, С.Л. Белецкий // Инновационные технологии производства и хранения материальных ценностей для государственных нужд. - 2016. - № 6. - С. 204-217.
- Суханова, М.В. Экспериментальное определение силы ударного воздействия поверхности различной жесткости на семена / М.В. Суханова, А.А. Прохода, А.Н. Иванов // Вестник аграрной науки Дона. - 2019. - № 3 (47). - С. 17-21.
- Суханова, М.В. К обоснованию теоретического представления процесса смесеобразования в эластичном смесителе / М.В Суханова // Аграрный научный журнал. -2014. - № 10. - С. 53-55.
- Пат. на изобретение 2666364 A01C1/06 RU. Передвижное устройство для предпосевной обработки семян / Суханова М.В. - № 2017131820; заявл. 12.09.2017; опубл. 07.09.2018, Бюл. № 25.
- Бедыч, Т.В. Совершенствование процесса транспортирования зерна на основе применения полимерных материалов / Т.В. Бедыч // Наука. - Костанай, 2006. - № 1. - С. 121-124.
- Суханова, М.В. Преимущества использования устройств с высокоэластичными рабочими органами в сельскохозяйственных машинах и механизмах / М.В. Суханова, А.В. Бондарев, С.А. Войнаш // Перспективы внедрения инновационных технологий в АПК: сб. статей II Российской (национальной) научно-практ. конференции. - Барнаул, 2019. - С. 102-104.
