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.